Измерения в электротехнических устройствах железнодорожного транспорта - Бартиовский Л.Л., Козин В.О.. Кучер С.А.

Автор: Бартиовский Л.Л. Козин В.О.. Кучер С.А.

Теги: электротехника физика учебник железнодорожный транспорт метрология издательство транспорт электрические измерения

Год: 1980

Похожие

Электроснабжение устройств автоматики и телемеханики железнодорожного транспорта

Электропитающие устройства и линейные сооружения автоматики, телемеханики и связи железнодорожного транспорта

Устройства автоматики, телемеханики и связи на железнодорожном транспорте

Железнодорожный транспорт. Энциклопедия

Текст

ИЗМЕРЕНИЯ В ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВАХ
ИЗМЕРЕНИЯ
В ЭЛЕКТРО-
ТЕХНИЧЕСКИХ
УСТРОЙСТВАХ
Железно-
. j дородного
транспорте

Л. Л. БАРТНОВСКИП, В. О. КОЗИН, С. А. КУЧЕР.
ИЗМЕРЕНИЯ
В ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ
УСТРОЙСТВАХ
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО
ТРАНСПОРТА
ИЗДАНИЕ ТРЕТЬЕ.
ПЕРЕРАБОТАННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ
Утверждено
Главным управлением
учебными заведениями МПС
в качестве учебника для техникумов
железнодорожного транспорта
МОСКВА «ТРАНСПОРТ 1980
УДК 621.317.656.2(075)
Бартиовский Л. Л., Козин В. О.. Кучер С. А. Измерения в элект-
ротехнических устройствах железнодорожного транспорта: Учебник
для техникумов ж.-д. трансп. —3-е изд., перераб. и доп. — М.: Транс-
порт. 1980. — 407 с.
В книге даны основы метрологии, общие понятия об электри-
ческих измерениях, описаны системы приборов для намерения элект-
рических режимов в пенях постоянного и переменного тока.
В отличие от предыдущего издания в книге помещены сведения
о таких приборах, как цифровой вольтметр В7-16, электронный ос-
циллограф С1-49, универсальный измерительный мост Е7-4 и др.
Рассмотрены методы специальных измерений; изложены сведе-
ния об измерениях воздушных и кабельных линий постоянным и
переменным токами; описаны основные измерения в рельсовых цепях
постоянного и переменного тока; измерения, связанные с поверкой
реле и электросилового оборудования автоматики и телемеханики;
изложены общие принципы электрических измерений неэлектриче-
ских величин и понятия о телеизмерениях.
Книга предназначена в качестве учебника для учащихся техни-
кумов железнодорожного транспорта всех электротехнических спе-
циальностей и может быть полезной для работников, занимающихся
электрическими и специальными измерениями.
Ил. 342, табл. 13, библиогр. 41 назв.
Книгу написали:
А. Л. Бартиовский, заслуженный учитель УССР — введение гла-
вы I—4, 6, § 75, 77, 79 главы 11. главы 12—16, 20 и 26;
В. О. Козин, доц. — главы 17—19, 21—25, 27—31;
С. А. Кучер, инж. — главы 5, 7—10, § 74, 76, 78 главы 11, гла-
вы 32 и 33,
Р е ц е н з е и т А. Н. Раевский
„ 31802-133
^*049(01)-80 133'80> 3602040000
® Издательство <Транспорт», 1980.
ОТ АВТОРОВ
Книга предназначена в качестве учебника для учащихся техни-
кумов железнодорожного транспорта электротехнических специаль-
ностей и написана применительно к программам предметов «Электри-
ческие измерения», «Электротехника и электрические измерения»
«Теоретические основы электротехники и электрические измерения»
(раздел «Электрические измерения») и «Измерения в технике связи».
Задача учебника — дать необходимые теоретические сведения об
устройстве основных электроизмерительных приборов, о принципах
и методах общих и специальных электрических измерений и их прак-
тическом применении в технике автоматики, телемеханики, электри-
ческой тяги, энергоснабжения, энергетического хозяйства и проводной
связи железнодорожного транспорта.
В учебнике объединены общие и специальные электрические из-
мерения, что объясняется общностью принципов действия и некоторых
измерений, применяемых в различных электротехнических устройст-
вах для определения и контроля их параметров и режимов работы.
Материал книги изложен в тридцати трех главах. Каждая глава
представляет соответствующую тему программы. Некоторые главы
объединяют однородный материал тем различных программ. Главы
учебника, содержащие сведения расчетного характера, иллюстриро-
ваны примерами • вычисления искомых величин.
Третье издание учебника существенно переработано е учетом ре-
цензий, опубликованных в журналах «Автоматика, телемеханика
и связь» № 6 и 12 за 1975 г., а также учтены отзывы и пожелания чита-
телей, поступившие в издательство.
В книге помещены новые сведения о Государственной и ведомст-
венной метрологических службах. Обновлен материал о ламповых
вольтметрах. Изложены необходимые сведения о цифровых вольтмет-
рах, описаны: электронный фазометр для измерений в устройствах
железнодорожной автоматики и телемеханики; цифровой килоомметр;
электронно-счетный частотомер с цифровым отсчетом; двойной изме-
рительный мост постоянного тока; универсальный измерительный мост
переменного тока Е7-4; осциллограф на полупроводниковых при-
борах; панорамный анализатор гармоник; контрольно-измеритель-
ный комплект «Колос»; новый испытатель кабельных линий Р5-5 и
кабелеискатель КИ-4П.
Материал учебника рассчитан на учащихся, знакомых с основа-
ми электротехники и электроники, а материал некоторых глав — еще
и с теорией связи по проводам и теорией рельсовых цепей.
Авторы выражают благодарность инж. А. Н. Раевскому за тщатель-
ное рецензирование рукописи учебника и ценные замечания, способ-
ствовавшие улучшению качества книги, а также благодарят инженеров
В. М. Казанского, М. И. Германа и В. И. Книжника за помощь, ока-
занную при написании учебника.
Все пожелания и замечания по содержанию учебника просьба на-
правлять по адресу: Москва, 107174, Басманный туп,, 6а, издательст-
во «Транспорт».
3
ВВЕДЕНИЕ
Изучение явлений природы, развития науки и техники неразрыв-
но связаны с измерениями. Измерения играют важную роль как наи-
более надежный и самый объективный способ контроля производствен-
ных процессов. В последнее время широкое применение получили элек-
трические измерения. История их развития связана с накоплением
научных и прикладных знаний в области электричества и магнетизма.
Огромное значение для развития техники электрических измере-
ний имели исследования М. В. Ломоносова. Он впервые выдвинул идею
возможности измерения электрических величин. Изучая грозовые яв-
ления, М. В. Ломоносов предложил оригинальный прибор для опре-
деления «максимальной электрической силы». В нем впервые была при-
менена пружина для создания противодействующего момента.
Сподвижник М. .В. Ломоносова русский ученый Г. В. Рихман про-
вел ряд экспериментов по определению с помощью весов силы взаимо-
действия между заряженными телами. Он создал первый в мире элек-
троизмерительный прибор, который назывался «указатель электриче-
ской силы».
Дальнейшее развитие учения об электричестве и практическое
применение его выдвигали необходимость совершенствования и раз-
вития электроизмерительной техники. В практику электрических изме-
рений по инициативе акад. Б. С. Якоби были введены отградуирован-
ные и снабженные шкалами измерительные приборы. Большое прак-
тическое значение имели работы акад. Э. X. Ленца. Он впервые
применил баллистический способ измерения индуктированных токов.
Профессор Московского университета А. Г. Столетов использовал
баллистический способ измерения индуктированного тока во вторич-
ной обмотке, применив тороидальный сердечник (1872 г.). Этот способ
стал основным при снятии магнитных характеристик материалов и
сохранил свое значение до настоящего времени.
Особенно велики заслуги выдающегося русского электротехника
М. О. Дол и во-Добровольского в развитии техники электрических из-
мерений. Им созданы измерительные приборы электромагнитной си-
стемы для измерения тока и напряжения. Он изобрел индукционный
измерительный механизм с вращающимся электромагнитным полем
и подвижной частью в виде диска. В настоящее время этот принцип
используется в устройстве индукционного счетчика электрической
энергии. М. О. Доливо-Добровольскому также принадлежит приори-
тет в создании измерительных приборов ферродинамической системы.
Большой вклад в развитие метрологии — науки о точных изме-
рениях — в создание эталонов международных единиц внесли русские
метрологи. На рубеже прошлого и настоящего столетия по инициативе
Д. И. Менделеева в Главной палате мер и весов в Петербурге было со-
здано специальное отделение для поверки электроизмерительных
приборов.
В дореволюционной России электроизмерительная техника и элек-
троприборостроение развивались слабо ввиду отсутствия собственной
4
производственной базы. Потребность в электроизмерительных при-
борах почти полностью удовлетворялась ввозом их из-за гра-
ницы.
После Великой Октябрьской социалистической революции ши-
рокий размах приняла электрификация нашей страны. В связи с этим
партией и правительством была поставлена задача развития советско-
го электроприборостроения. За годы предвоенных пятилеток был вве-
ден в строй ряд электроприборостроительных заводов, опытных ма-
стерских и научно-исследовательских учреждений. В суровые годы
Великой Отечественной войны на электроприборостроительиых за-
водах совершенствовались методы и технология производства прибо-
ров, повышалась их надежность и устойчивость.
В послевоенный период реконструировались и значительно рас-
ширились действующие электроприборостроительные предприятия.
Создано много новых заводов, оснащенных современным оборудова-
нием, использующих новые технологические приемы, обеспечиваю-
щие выпуск электроизмерительных приборов, необходимых для про-
изводственных и научных целей.
Одной из основных задач, решаемой в соответствии с указаниями
XXV съезда КПСС, радио- и электронной промышленностями, пред-
приятиями приборостроения, является дальнейшее развитие автома-
тики, электроники, вычислительной и измерительной техники. Ши-
рокое внедрение автоматизированных систем управления технологиче-
скими процессами и оптимального управления в различные отрасли на-
родного хозяйства требует дальнейшего развития электроизмеритель-
ной техники и электроприборостроения. Одновременно с ростом вы-
пуска создаются новые виды приборов, основанных па широком при-
менении полупроводников, микроэлектроники, новых магнитных
и изоляционных материалов.
Электротехнические устройства, использующиеся на железно-
дорожном транспорте в настоящее время, представляют сложный
комплекс воздушных и кабельных линий связи и сигнализации, линий
электропередачи, контактных сетей, различной электронной аппара-
туры, вычислительных машин, устройств электросилового и электро-
тягового оборудования, средств автоматики, обеспечивающей безопас-
ность движения поездов.
Объективная оценка рабочего состояния электротехнических уст-
ройств железнодорожного транспорта может быть произведена только
сопоставлением результатов электрических измерений параметров
и режимов работы устройств с техническими условиями и нормами,
установленными для них. По результатам электрических измерений
можно заранее обнаружить различные изменения в состоянии обору-
дования, приборов, воздушных и кабельных линий, что важно для
предупреждения нарушений их работы.
Правильное использование электроизмерительной техники в со-
четании с соответствующими методами электрических измерений во
всех областях применения электротехнических устройств на железно-
дорожном транспорте обеспечивает их безаварийную работу и способ-
ствует правильной организации и безопасности движения поездов.
5
Раздел I
ОБЩИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ
Глава 1
ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ И ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ
ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЯХ
§1. ВВЕДЕНИЕ В МЕТРОЛОГИЮ
В современном представлении метрология является наукой об
измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах
достижения требуемой точности. В метрологии рассматриваются об-
щие вопросы измерений; единицы физических величин и их системы,
эталоны и способы передачи размеров единиц от эталонов образцовым
и рабочим средствам измерений, методы и средства измерений, общие
методы обработки результатов измерений и оценки их точности и досто-
верности, основы обеспечения единства измерений.
Важнейшей задачей метрологии является обеспечение единства
и необходимости точности измерений.
Под единством з м е р е и и й понимают такое состояние
измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных еди-
ницах и погрешности измерений известны с заданной вероятностью.
Единство измерений необходимо для обеспечения возможности со-
поставления результатов измерений, выполненных в разных местах,
в разное время, с использованием разных методов и средств изме-
рений.
Точность измерений характеризуется близостью их
результатов к истинному значению измеряемой величины.
Раздел метрологии, включающий комплексы взаимосвязанных
общих правил, требований и норм, а также другие вопросы, нуждаю-
щиеся в регламентации и контроле со стороны государства, направлен-
ные на обеспечение единства измерений, называется за к о н о д а-
тельной метрологией.
Метрология имеет большое значение для научно-технического про-
гресса, всестороннего развития всех отраслей народного хозяйства
и, в частности, дальнейшего совершенствования и роста всех областей
железнодорожного транспорта.
Общие вопросы электрических измерений и другие сведения, вхо-
дящие в метрологию, рассматриваются в последующих параграфах
первой и второй глав учебника.
6
§ 2. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЙ
Свойства различных объектов, а также явления, протекающие во
времени, характеризуются физическими величинами, измерением ко-
торых определяю) количественную оценку исследуемых свойств и
процессов.
Измерить данную величину — значит определить методом физиче-
ского эксперимента, сколько раз содержится в ней другая величина
такого же рода, принятая за единицу. Например, измеряя электриче-
ское сопротивление проводника, сравнивают величину его сопротивле-
ния с сопротивлением 1 Ом.
Физические величины измеряют с помощью мер или измеритель-
ных приборов (см. § 10). В зависимости от способа получения резуль-
тата электрические измерения бывают прямые, косвенные и совокуп-
ные (рис. 1).
П р я м ы е из м е р е и и я — это такие измерения, при кото-
рых непосредственно измеряют интересующую величину с помощью
приборов (измерение силы тока амперметром, напряжения — вольт-
метром и т. п.).
Косвенные измерения — это такие измерения, при
которых измеряемую величину вычисляют по результатам прямых из-
мерений других величин, связанных с измеряемой величиной извест-
ной математической зависимостью: например, измерение мощности
в цепи постоянного тока амперметром и вольтметром. Измерив силу
тока /. напряжение U, вычисляют мощность Р = IU.
В зависимости от способа применения мер и измерительных при-
боров в практике чаще всего пользуются перечисленными ниже ме-
тодами измерений.
М е т о д непосредственной оценки. Измеряе-
мую величину определяют по показаниям одного (прямые измерения)
или нескольких (косвенные измерения) приборов, проградуирован-
ных в единицах измеряемых величин (измерение сопротивления ом-
метром, шкала которого проградуирована в омах; измерение силы тока
Рис. I. Структура классификации методов измерений
7
амперметром, шкала которого проградуирована в амперах, и т. п.).
Этот метод используется в электротехнических измерениях, не тре-
бующих высокой точности результатов (0,2—10%). Он отличается
простотой и не требует большой затраты времени.
Методы сравнения. Измеряемую величину сравнивают
с мерой, при этом применяют также измерительный прибор, однако
он не измеряет непосредственно искомую величину. К методам срав-
нения относятся: нулевой, дифференциальный и замещения.
При нулевом методе действие измеряемой величины уравновеши-
вается известной величиной (мерой), при этом измерительный прибор,
включенный в цепь, показывает нуль (измерение сопротивления, ем-
кости, индуктивности измерительными мостами).
При дифференциальном методе результат измерения определяется
разностью показаний прибора вследствие воздействия на него изме-
ряемой и известной величин. Точность измерений тем выше, чем мень-
ше разность показаний прибора. Этот метод пригоден только для из-
мерения параметров деталей Й ,L, С, М и применяется при массовых
измерениях в заводской практике.
Компесационным методом непосредственно измеряют только на-
пряжение, которое в процессе измерения уравновешивают (компенси-
руют) регулируемым известным напряжением. Компенсационный ме-
тод применяют также для измерения тока и мощности. Их величины
определяют косвенным методом на основе результатов прямых изме-
рений напряжения, связанного с ними функциональной зависимостью.
Метод замещения. Измеряемую величину замещают из-
вестной регулируемой величиной (мерой) такого же рода, подбирая
ее так, чтобы не изменялись показания прибора в цепи. При этом ис-
комая величина равна известной подобранной величине. Этот метод
используют при измерениях сопротивлений, емкостей и других ве-
личин.
Методы сравнения обладают высокой точностью (до 0,001%),
но более трудоемки и требуют сложной аппаратуры.
§ 3. ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИИ И ПРИБОРОВ
При любых измерениях из-за несовершенства их методов, неточ-
ности измерительных приборов и других факторов возникают погреш-
ности, т. е. измеренная величина отличается от ее действительного
значения. При этом под действительным значением понимают величи-
ну, которая найдена более точными методами и приборами.
Алгебраическая разность между найденным X и действительным
Хо значением измеряемой величины называется абсолютной погрешно-
стью измерения
ДХ = X - Хо. . (1)
Абсолютная погрешность не может дать полного представления
О степени точности измерения. Поэтому дл?Г оценки точности измере-
ния пользуются относительной погрешностью у.
8
Относительной погрешностью измерения называется выраженное
в процентах отношение абсолютной погрешности измерения к дейст-
вительному значению измеряемой величины
у = (ДХ/Хо)100%. (2)
Погрешности измерений в зависимости от причин их возникно-
вения подразделяются на систематические, случайные и промахи.
Систематическими погрешностями называют такие, которые при
повторных измерениях одной и той же величины остаются неизмен-
ными либо меняются по вполне определенному закону. Они возникают
из-за ограниченной точности мер и приборов (инструментальные по-
грешности), их неправильной установки, несовершенства методов из-
мерений и личных качеств наблюдателя. Примерами систематических
погрешностей могут служить: погрешности, возникающие вследствие
неточной градуировки шкалы прибора, неточной установки стрелки
прибора на нуль, установки прибора в зоне действия постоянных маг-
нитных полей, из-за неправильного отсчета в пределах одного деления
шкалы прибора и т. д. Систематические погрешности могут быть обна-
ружены и устранены при постепенном исключении причин их возник-
новения и введении соответствующих поправок.
Случайными погрешностями называют такие, которые не подчи-
няются какому-либо закону. Эти погрешности возникают из-за много-
численных переменных причин случайного характера, между которы-
ми отсутствуют взаимные связи, например от механических сотрясений,
временного отсутствия электрического контакта в схеме и др. Для
уменьшения влияния случайных погрешностей измерения следует
производить несколько раз, вычислив затем среднеарифметическое
значение найденной величины.
Промахами называют очень большие прогрешности, резко иска-
жающие результаты измерений. Они возникают вследствие неисправ-
ности измерительных приборов, неправильного отсчета по шкале,
ошибок в измерительных схемах и других подобных причин. Резуль-
таты измерений, содержащие промахи, не являются достоверными
и должны быть исключены.
Погрешности возникают не только в процессе измерения, они
свойственны и измерительным приборам. Поэтому одной из важных
характеристик прибора является степень приближения его показаний
к действительному значению измеряемой им величины. Эга характе-
ристика определяется погрешностью прибора.
Абсолютная погрешность прибора ДА — раз-
ность между показанием прибора А„зм и действительным значе-
нием измеряемой величины Ад.:
ДА ~ А |13ч А ц.
Действительным значением измеряемой величины Аа является
величина, измеренная образцовым прибором.
Поправка прибора 6А — это абсолютная погрешность с обратным
знаком 6А .== — ДА. Абсолютная погрешность и поправка прибора
выражаются в тех же единицах, что и измеряемая величина.
Относительная погрешность прибора у — это выраженное в про-
центах отношение абсолютной погрешности АЛ к истинному значе-
нию А измеряемой величины
у = (АЛ/Д)100%. (3)
Степень точности характеризуют приведенной погрешностью из-
мерительного прибора уп, под которой понимают выраженное в про-
центах отношение абсолютной погрешности АЛ к верхнему пределу
намерения (номиналу) прибора Л„
уп = (АЛ/Лц)100%. (4)
Для приборов с неравномерной шкалой приведенная погрешность
определяется в зависимости от длины шкалы /ш
уп = (А///ш)100%, (5)
где А/ — длина отрезка дуги шкалы прибора, лежащей между
отметками измеренного и действительного значений из-
меряемой величины, мм;
/ш — длина всей рабочей части шкалы прибора, мм.
Пример 1. Величина сопротивления измерялась омметром с неравномерной
шкалой. Длина шкалы 1т - 100 мм. Прибор показал /?Изм “ 600 Ом. Действи-
тельное значение измеряемого сопротивления Re = 640 Ом соответствует отмет-
ке го шкале, отстоящей от показанного на Д/ = 1,2 мм. Определить приведен-
ную погрешность прибора и поправку при измерении.
Решение. 1. Приведенная погрешность прибора
у„=(Д///ш)100% = (1,2/100)100%=!,2%.
2. Абсолютная погрешность омметра
ДД = /?И8М—Яо = 6ОО—640 = —40 Ом.
8. Поправка прибора
6/г=_ДД=.4О Ом.
*
Наибольшая приведенная погрешность, которая допускается для
измерительного прибора по ГОСТ инструкциями или правилами, но-
сит название допустимой погрешности
Уд =. (Д411ЯВб/Л„)100%. (6)
В зависимости от ее величины устанавливаются классы точности
показывающих измерительных приборов (см. § 10), при этом различают
два вида погрешностей.
Основные погрешности обусловлены несовершенством конструкции
и сборки прибора, неуравновешенностью подвижной части, неточ-
ностью градуировки и неправильной установкой шкалы, остаточной
деформацией пружин.
Дополнительные погрешности создаются внешними факторами:
окружающей температурой, действием внешних магнитных и электри-
ческих полей, непостоянством частоты тока и измеряемой цепи и т.д.
Они зависят от системы измерительного прибора, его электрических
и механических свойств.
10
Пример 2. Вольтметр с верхним пределом измерения напряжения UB =
>= 150 В при включении в цепь показал С/изм = 63 В. Показания образцового
вольтметра, включенного параллельно, Uo — 60 В. Определить абсолютную,
относительную, приведенную погрешности и поправку прибора,
Решение. 1. Абсолютная погрешность вольтметра
At/ = t/„3M—1/0 = 63—60 = 3 В.
2. Относительная погрешность вольтметра
у = (Д1/Д/0)100%==3/60.100%=5%.
3. Приведенная относительная погрешность прибора
Тп = (Л(/Д/н) 100% = 3 /150 • 100% = 2%.
4. Поправка прибора
6t/=_At7=,_3 В.
§ 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ
Измерения режимов и параметров цепей электротехнических
объектов наиболее часто производятся прямым и косвенным метода-
ми. Поэтому очень важно знать, как определяются при этом наиболь-
шие возможная абсолютная и относительная погрешности.
При прямом методе непосредственной оценки наибольшая абсо-
лютная погрешность в любой точке шкалы прибора, а следователь-
но, и наибольшая возможная абсолютная погрешность Д/1|1В могут
быть определены по формуле, вытекающей из выражения (6),
Д^яавб = Д^ив = ± УдЛн/1000/о. (7)
Величина уд, определяющая класс точности прибора (см. § 10),
указывается на его шкале.
Наибольшую возможную относительную погрешность упв можно
определить из формулы (2), подставив в числитель значение ДЛНВ,
а в знаменатель—значение измеренной величины Лизм, допуская,
что оно близко к действительному значению Хп:
Ti.B = (улЛн/100Лиам)100% = ± ?дЛн/Лпзм. (8)
Следовательно, наибольшая возможная относительная погрешность
во столько раз больше класса точности прибора, во сколько раз пре-
дел измерения прибора больше значения измеряемой величины.
Пример 3. Имеются два амперметра: класса 1 с пределом измерения 50 А
и класса 2,5 с пределом измерения 15 А. Какой из этих приборов следует приме-
нить для измерения силы тока 10 А, чтобы наибольшая возможная относитель-
ная погрешность не превышала 4%, и какая при этом будет наибольшая возмож-
ная абсолютная погрешность?
Решение. 1. Наибольшая возможная относительная погрешность при из-
мерении первым амперметом
Унв1= Ут нам = 1 -50/10 = ± 5%.
2. Наибольшая возможная относительная погрешность при измерении
вторым амперметром
Унв2 = Уда Iш/^изм =2,5» 15/10= ± 3,75%.
11
3 Для измерения следует применить второй амперметр, так как при этом
Тнв < 4%.
4. Наибольшая возможная абсолютная погрешность измерения
АЛнв“Уд / иг /100% — ± 2.5-15/100% = i 0,37.' А.
Следовательно, измеренная сила тока 10 А может отличаться от действи-
тельной не более чем на ± 3,75% .
Из рассмотренного примера следует, что результат измерения бу-
дет более точным, когда значение измеряемой величины близко к пре-
делу измерения прибора. Это следует учитывать при выборе прибо-
ров для измерений.
Рассмотрим определение наибольшей возможной относительной
погрешности при косвенном методе измерений. Предположим, что ис-
комая величина определяется выражением
X = BnCmD*, (9)
где В, С и D — величины, полученные в результате прямых измере-
ний.
Прологарифмируем, а затем продифференцируем уравнение (9)
In X — п In В ф-m In C-\-k In D; -=n — + m — + k (10)
X В C D
Заменив в уравнении (10) дифференциалы dX, dB, dC, dD прираще-
ниями XX, XB, XC, XD, которые можно рассматривать как абсолют-
ные погрешности,
получим
ДХ ДВ . АС , , до
— = п---К т--р k — •
” BCD
&D
— являются относительными погрешности-
АС
С ’
Отношения
X о
ми соответствующих величин. Поэтому уравнение (10) можно записать
в таком виде:
Ух = пув + + &Yd (Н)
Независимо от знаков показателей степеней п, т, k в этой формуле
берется арифметическая сумма членов. Каждая из погрешностей в
правой части уравнения (11) вычисляется по формуле (8).
Для определения наибольшей возможной абсолютной погрешности
АЛIIIf при косвенном измерении необходимо вычислить измеряемую
величину Д113м и подставить в формулу (7), тогда
УВр=!17^- или yn Ли = унь Д„ам.
^ПЗМ
Подставив значение упЛн в формулу (7), получим выражение дли оп-
ределения ДЛНв-
АЛНВ = Ун ВЛ изм/100.
Пример 4. Определить наибольшую относительную и абсолютную погреш-
ности при измерении косвенным методом энергии, потребляемой электродвига-
телем постоянного тока за 10 ч его работы. Подведенное напряжение 220 В из-
мерено вольтметром класса точности 1,5 с пределом измерения 250 В, а сила
12
тока 25 А — амперметром класса точности 1 с пределом измерения 50 А. Время
измерено с точностью до 3 мин.
Решение. 1. Наибольшая возможная относительная погрешность измере-
ния напряжения
YaB и~Уи ^11/^пзм= ± 1,5-250/220= ± 1,7%.
2. Наибольшая возможная относительная погрешность измерения силы
тока
Уив «= /ц//изм =• ± 1' г>0/25 = ± 2%.
3. Относительная погрешность при измерении времени
Y< = (Уточ/Мэм)Ю0% = (3/600)100% = ± 0,5%.
4. Наибольшая возможная относительная погрешность измерения энергии
Ynz= ± (?„„ 1/4-Yhb |4- Yt) = ± (1,74-24-0,5) = ± 4,2%.
5. Измеренная энергия
Ч' изм = //изм /изм А<зм — 220-25-10 = 55 кВт/ч.
6. Наибольшая абсолютная погрешность измерения энергии
AlFHB=vw, 1Г/100 =4,2-55/100 =2,21 кВт/ч.
Важной задачей в технике измерений является устранение погреш-
ности. Наиболее часто пользуются способом введения по-
правок или компенсацией погрешности по
знаку. В этом случае производят измерения дважды с таким рас-
четом, чтобы погрешность входила в них с разными знаками. Взяв
полусумму полученных значений, определяют результаты измерений,
исключающих постоянную систематическую погрешность.
Глава 2
ЕДИНИЦЫ, ЭТАЛОНЫ И МЕРЫ ЕДИНИЦ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
§ 5. МЕЖДУНАРОДНАЯ СИСТЕМА ЕДИНИЦ
Для выполнения любого вида измерений необходимы определен-
ные единицы измерения физических величин. Совокупность таких еди-
ниц, охватывающая все или некоторые области измерений, представ-
ляет собой систему единиц.
Научный прогресс выдвинул требования обеспечения высокой точ-
ности и единообразия измерений. В 1960 г. XI Генеральная конферен-
ция по мерам и весам в целях международной унификации единиц фи-
зических величин приняла единую Международную систему единиц
(СИ). Сокращенное обозначение происходит от начальных букв слов
Systeme International (система интернациональная).
13
Основные единицы СИ и их сокращенные обозначения приведены
в табл. 1. Эталоны основных единиц СИ определены с высокой степе-
нью точности. Они выбраны так, что остаются неразрушенными и со-
храняются самой природой за исключением единицы массы.
Для основных единиц установлены следующие определения.
«М е т р — длина, равная 1 650 763,73 длин волн в вакууме из-
лучения, соответствующего переходу между уровнями 2р10 и 5ds
(оранжевая линия) атома криптона 86».
«К и л о г р а м м — масса, равная массе международного прототипа
килограмма».
«С е к у н д а — 9 192 631 770 периодов излучения, соответствую-
щего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного со-
стояния атома цезия-133».
«Ампер — сила неизменяющегося электрического тока, кото-
рый, проходя по двум параллельным прямолинейным проводникам
бесконечной длины и ничтожно малого круглого сечения, расположен-
ным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, вызывал бы между
этими проводниками силу 2-Ю-7 И на каждый метр длины» (ньютон —
Н — единица механической силы в СИ).
«К е л ь в и н — единица термодинамической температуры —
1/273,16 часть термодинамической температуры тройной точки воды».
Для практических измерений температуры сохраняется международ-
ная практическая температурная шкала с единицей — градус Цель-
сия (° С).
«Кандела — сила света, испускаемого с площади 1/600 000 м2
сечения полного излучателя в перпендикулярном этому сечению на-
правлении при температуре излучателя, равной температуре затверде-
вания платины при давлении 101 325 Па» (Па — паскаль, единица дав-
ления СИ, равная 1 Н/м2).
Кроме шести основных единиц, СИ предусмотрены две- дополни-
тельные единицы:
радиан — угол между двумя радиусами окружности, дуга
между которыми по длине равна радиусу;
стерадиан — телесный угол с вершиной в центре сферы,
вырезающий из поверхности сферы площадь, равную площади квадра-
та со стороной, длина которой равна радиусу сферы.
Таблица I
Наименование величин Единица измерения Сокращенное обозначение единицы измерения
русское J меж дун а роди >е
Длина Метр М 111
Масса Килограмм кг kg
Время Секунда с S
Сила электрического тока Ампер А А
Термодинамическая температура . Кельвина Кельвин К К
Сила света Кандела кд cd — -т
14
Таблица 2
Наименование величин Г Единица измерения 'окращенное обозначение единицы измерения
русское международ- ное
Количество электричества, элект- рический заряд Электрическое напряжение, раз- ность потенциалов, э. д с. элект рический потенциал Напряженность электрического по- ля Электрическое сопротивление Электрическая проводимость Электрическая емкость Сила Работа и энергия Активная мощность Реактивная мощность Полная мощность Магнитный поток Магнитная индукция Магнитодвижущая сила и разность магнитных потенциалов Напряженность магнитного поля Индуктивность взаимная индук- тивность Световой поток Яркость Освещенность Частота Кулон Вольт Вольт па метр Ом Сименс Фарада Ньютон Джоуль Ватт Вар Вольт-ампер Вебер Тесла Ампер Ампер на метр Генри Люмен Кандела на квад- ратный метр Люкс Гери Кл В В/м Ом См Ф Н Дж Вт вар В.А Вб Т А А/м Гн лм кд/м2 лк Гц G V V/m О S F N J W var V-A Wb т А А/тп Н Im cd/ma lx Hz
Электрические и магнитные единицы СИ являются производными
и образуются из основных на основании известных физических законов
и соотношений между величинами. Так, например, единица заряда
1К = 1А-1с= 1А с, (q = //). Подобным образом определяются и
другие единицы, приведенные в табл. 2. Кратные и дольные еди-
ницы, использующиеся в расчетах и практической деятельности, об-
разуются добавлением приставок в соответствии с табл. 3.
Таблица 3
Наименование приставок Обозн чения Отношение к главной единмае Наименование приставок Обозначения Отношение к главной единице
Тера т Ю12 Санти С 10-»
Гига Г I0-' Милли м 10-s
Мега М 10" Микро мк ю-•
Кило к 10’ Нано н 10-9
Гекто г Ю2 Пико п 10-”
Дека ла 10» Фемто ф ю-»s
Деци л 10—’ Ап а 10-“
15
Важнейшими достоинствами Международной системы единиц СИ
являются: использование для пяти (из шести основных единиц) есте-
ственных эталонов, обладающих метрологической точностью и высокой
стабильностью; унификация единиц для всех видов измерения, а по-
этому логическая связь в измерениях механических, тепловых, элек-
трических и других величин; выбор удобных для практики основных
и производных единиц; когерентность (связность) системы — все
производные единицы получаются от основных без введения число-
вых коэффициентов, а лишь умножением и делением; охват всех об-
ластей техники.
§6. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ,
ОТНОСЯЩИЕСЯ К МЕРАМ И ПРИБОРАМ
Для измерения всевозможных электрических величин применяют-
ся различные меры, электроизмерительные приборы и вспомогатель-
ные части, предназначенные для работы в комплексе с электроизмери-
тельными приборами.
Мера — это средство измерений, предназначенное для воспроиз-
ведения физической величины заданного размера. Например, мера дли-
ны — линейка с миллиметровыми делениями длиной 1000 мм, мера
электрического сопротивления — образцовая катушка сопротивления
с величиной сопротивления, например, 1 Ом или 10 Ом и т. п.
Измерительный прибор — средство измерения, предназначенное
для выработки сигнала о значении измеряемой физической величины
в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.
К измерительным приборам относятся различные электроизмеритель-
ные приборы, по которым измеряемая величина определяется непо-
средственно или по цифровому индикатору. Измерительный прибор
отличается от меры тем что он не воспроизводит известное значение
физической величины.
Вспомогательные части, использующиеся при измерениях, — это
шунты, добавочные резисторы и реактивные сопротивления, измери-
тельные трансформаторы, делители напряжения и т. п.
Меры и измерительные приборы в зависимости от назначения под-
разделяются: на эталоны, образцовые меры и измерительные приборы
различной степени точности; на рабочие меры и измерительные при-
боры.
Эталон единицы — средство измерений, обеспечивающее воспро-
изведение и хранение единицы физической величины с целью переда-
чи ее размера образцовым, а от них рабочим средствам измерений.
Первичный эталон обеспечивает воспроизведение единицы физиче-
ской величины с наивысшей в стране точностью. Первичный эталон,
официально утвержденный в качестве исходного для страны, назы-
вается Государственным эталоном.
Вторичный эталон, значение которого устанавливают по первич-
ному эталону, предназначен для выполнения поверочных работ, бла-
годаря чему обеспечивается сохранность Государственного эталона.
От вторичного эталона размер физической единицы передается рабо-
16
чему эталону, а от рабочего эталона образцовым средствам измерения.
Они используются только для проверки рабочих средств измерения
которыми служат рабочие меры и измерительные приборы.
Рабочие меры и измерительные приборы — это средства измере-
ний, применяемые для измерений, не связанных с передачей размера
единиц. К ним относятся меры и измерительные приборы, предназна-
ченные для практических целей. Среди них различают более точные—
лабораторные и менее точные — технические меры и измерительные
приборы.
Электроизмерительные приборы, проградуированные в единицах
измеряемой величины и обеспечивающие возможность определения ее
значения по отсчетным приспособлениям, называются показывающи-
ми, или приборами непосредственной оценки, например, вольтметр,
амперметр и т. п. Электроизмерительные приборы, допускающие из-
мерение неизвестной величины сравнением ее с мерой данной величи-
ны. называются приборами сравнения. Примером таких приборов яв-
ляется, измерительный мост.
§ 7. МЕРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
В технике электрических измерений широко используются образ-
цовые меры электродвижущей силы (э. д. с.) электрического сопро-
тивления, индуктивности, взаимоиндуктивности и емкости.
Образцовой мерой э. д.. с. служит нормальный международный кад-
миевый элемент. Его устройство схематически изображено на рис. 2, а.
Элемент представляет собой запаянный стеклянный сосуд Н-об-
разной формы. В нижние приливы его впаяны платиновые проволочки-
выводы от электродов. Положительным электродом 1 служит ртуть.
Над ней расположена паста 2 (деполяризатор), состоящая из смеси
сернокислой закиси ртути HgSO.| с размельченными кристаллами сер-
нокислого кадмия CdSO! + 8/3 Н2О. Отрицательный электрод 6
представляет собой амальгаму кадмия (Cd — 12% и Hg — 88%).
Электролитом 4 служит насыщенный водный раствор сернокислого
Рис. 2. Устройство ft внешний вид нормального
элемента
Таблица 4
Класс •очи ости Значение э. Д. с. при температуре 20 •£, В ‘ Характеристика раствора Наиболь- ший до- пускае- мый ток в течение 1 мин, мкЛ Внешняя темпера- тура, ®С Допускаемое изменение э. д. с. за г»д
мкВ %
0,001 1,01859—1,01803) 1 20±0.5 10 0.001
0,002 1,01856—1,01866 Насыщенный 1 20±2,0 20 0,002
0,005 1,01850—1,01870 1 1 104-40 50 0,005
0.02 1 .0186—1,0194 I ^насыщенный 10 5-г55 200 0,020
кадмия. В обоих приливах сосуда непосредственно над электродами
помещены размельченные кристаллы сернокислого кадмия 3 и 5,
благодаря чему обеспечивается насыщенность раствора.
Для защиты от световых лучей и механических воздействий нор-
мальные элементы заключаются в металлические, пластмассовые
(рис. 2, 6) или деревянные защитные кожуха.
Нормальные элементы подразделяются на четыре класса: 0,001;
0,002; 0,005 и 0,02. Значения э. д. с. элементов приведены в табл. 4.
Нормальный элемент необходимо оберегать от толчков и сотрясе-
ний, а также не подвергать действию низких (ниже + 10° С) и высоких
(выше 35° С) температур. Электродвижущая сила нормального
элемента зависит от температуры, что видно из формулы
Et = £2П - 0,00004 а — 20) — 0,000001 (/ — 20)2,
где Et — э. д. с. при температуре Г С;
Et0 — е. д. с. при t = 20° С.
Из приведенной формулы следует, что э. д. с. элемента уменьша-
ется более чем на 40 мкВ на каждый градус повышения температуры
(0,004%). Это необходимо учитывать при точных измерениях. Вну-
треннее сопротивление нормального элемента лежит в пределах 500—
1500 Ом. Разрядный ток не должен превышать 1 мкА. Для элементов
класса 0,02 (ненасыщенных) сила разрядного тока может доходить до
10 мкА.
Нормальные элементы классов 0,001 и 0,002 применяются только
для метрологических измерений и для проверки элементов класса
0,005. Для всех точных лабораторных измерений, а также при повер-
ке показывающих измерительных приборов высокого класса точности
(0,1; 0,2; 0,5) применяются нормальные элементы класса 0,005.
Ненасыщенные нормальные элементы отличаются от насыщенных
тем, что при обычной комнатной температуре раствор электролита
не насыщен, т. е. отсутствуют кристаллы CdSO4. Насыщение раствора
происходит при температуре -4° С. Эти элементы обладают классом
0,02 и применяются при различных технических измерениях.
Мерой электрического сопротивления слу-
жат образцовые катушки сопротивления. В соответствии с ГОСТ
6864—69 по степени точности они подразделяются на семь классов:
18
0.0005; 0,001, 0,002; 0,005; 0,01; 0,02 и 0,05. Образцовые катушки
в зависимости от класса выполняются на одно значение сопротивле-
ния, кратное 10: от 10-6 до 10е Ом.
Величина сопротивления образцовых катушек должна в возмож-
но меньшей степени зависеть от температуры, времени и частоты пере-
менного тока.
Для намотки катушек применяется манганиновая проволока с
большим удельным сопротивлением р “ 4,6-10-’ Омм и малой за-
висимостью сопротивления от температуры, что довольно точно опре-
деляется формулой
Rt = /?.,0 II + а (/ — 20) + р (t — 20)2],
где Rt — сопротивление катушки при С;
R.,u — сопротивление катушки при 20° С;
а и р — постоянные коэффициенты. Их определяют опытным
путем для каждой катушки. Величина а составляет
± (1 4-3) 10-*, ₽ = ± (0,3 4- 0,8) 10-*.
Термо-э. д. с. манганиновой проволоки по отношению к меди не
превышает 1 мкВ на 1° С.
Проволока наматывается на латунный или фарфоровый каркас.
Уменьшение индуктивности обмотки достигается бифилярной намот-
кой, а снижение собственной емкости катушек с большим числом вит-
ков (сопротивлением свыше 1000 Ом) —
секционированием обмотки. Схема образцо-
вой катушки сопротивления и ее внешний
вид изображены на рис. 3, а и б.
Каркас с обмоткой прикрепляется к эбо-
нитовой панели, на которой установлены
четыре зажима: два токовых 1 и два по-
тенциальных U. Первые предназначены
для включения катушки в токовую цепь,
а вторые для измерения на ней напряже-
ния. Катушка помещается в защитный ме-
таллический кожух, прикрепленный к эбо-
нитовой панели.
В технике электрических измерений,
кроме отдельных катушек сопротивления,
широко применяются магазины сопротив-
лений, представляющие набор образцовых
катушек сопротивления, смонтированных
в одном корпусе и электрически соединен-
ных между собой (рис. 4 и 5). Переключе-
ние катушек, а следовательно, и подбор
необходимой величины сопротивления осу-
ществляются с помощью штепселей, встав-
Рис. 3. Образцовая катуш-
ка сопротивления:
а — декадного ш гепсельного
б — рычажного
ляемых в разрезные гнезда, или рычаж-
ных переключателей. Применяя образцо-
вые катушки сопротивления или магазины
)9
Рис. 4. Схемы магазинов сопротивлений:
а — декадного штепсельного; б — рычажного
сопротивления для выполнения работ, связанных с поверкой рабочих
средств измерения, необходимо помнить, что значение мощности, вы-
деляемой на них, и напряжений, приложенных к ним, строго регла-
ментируются техническими данными, изложенными в техническом
описании.
В качестве образцовых мер индуктивно-
сти и взаимной индуктивности используются ка-
тушки, обладающие постоянной установленной индуктивностью и
взаимной индуктивностью.
Образцовые катушки наматываются медной изолированной мно-
гожильной проволокой на фарфоровый или пластмассовый плоский
каркас. Для улучшения изоляции и повышения стабильности ипдук-
Рис. 5. Внешний вил магазинов сопротивлений:
« — штепсельного типа PH; б —рычажною Р31Б
20
Рис. 6. Образцовые катушки индук-
тивности и взаимной индуктивности
значением коэффициента самоин-
тивности обмотка катушки пропи-
тывается парафином. Концы обмот-
ки присоединяются к зажимам,
установленным на одной из щечек
каркаса. Для защиты от внешних
воздействий катушки защищены по-
крытием из прессшпана, поверх
которого накладывается грани-
толь. Стыковое соединение внеш-
него гранитолевого покрытия про-
шито и опломбировано.
Образцовые катушки индуктив-
ности (рис. 6, а) изготовляются со
дукции от 0,0001 до 1 Г и используются в цепях переменного тока
с частотой до 1500 Гц.
Кроме образцовых катушек с постоянной величиной индуктивности,
применяются также катушки с переменной величиной индуктивности —
вариометры. Вариометр состоит из подвижной и неподвижной катушек,
соединенных электрически. Подвижная катушка располагается вну-
три неподвижной и может поворачиваться на оси на 180’, благодаря
чему достигается плавное изменение индуктивности в пределах, пре-
дусмотренных конструкцией.
Образцовая катушка взаимной индуктивности (рис. 6, б) по внеш-
нему виду и устройству похожа на катушку индуктивности, но в от-
личие от нее имеет на одном каркасе две обмотки, разделенные изо-
ляционной щечкой. На одной из наружных щече'к укреплены четыре
зажима. К каждой паре зажимов присоединены концы одной обмотки.
Образцовые катушки взаимной индуктивности изготовляются с номи-
нальными значениями взаимной индуктивности от 0,001 до 0,1 Г и
применяются в цепях переменного тока с частотой 1500 Гц.
Образцовые меры индуктивности и взаимной индуктивности долж-
ны удовлетворять следующим требованиям: сохранять постоянство
индуктивности, обладать малым активным сопротивлением, индук-
тивность не должна зависеть от силы рабочего тока и возможно мень-
ше зависеть от его частоты.
В практике электрических измерений используются также мага-
зины индуктивности, представляющие набор отдельных катушек и
вариометра, помещенных в общий корпус. Катушки можно переклю-
чать при помощи переключателей, подбирая требуемое значение ин-
дуктивности. Точная подгонка производится вариометром.
В качестве образцовых и рабочих мер
емкости применяются образцовые и рабочие конденсаторы с по-
стоянным или регулируемым переменным значением емкости.
Конденсаторы с воздушным диэлектриком практически не обла-
дают потерями и изготовляются на значения емкости от нескольких
пФ до 0,01 мкФ. Конденсаторы со слюдяным диэлектриком выпус-
каются емкостью от 0,001 до 1 мкФ. Они по габаритам несколько мень-
ше конденсаторов с воздушным диэлектриком.
21
Рис. 7. Магазин емкостей
кости от температуры и частоты.
Широкое распространение
в измерительной практике
получили магазины емкостей,
представляющие набор от-
дельных конденсаторов по-
стоянной емкости, переклю-
чаемых при помощи штеп-
сельных или рычажных пе-
реключателей, и конденсато-
ра переменной емкости,
смонтированных в общем
корпусе. Требуемую величи-
ну емкости можно подобрать
переключением конденсато-
ров постоянной емкости и
подстрой кой конденсатора
переменной емкости. Элек-
трическая схема и общий вид
одного из магазинов емко-
стей промышленного типа
Р513 приведены на рис. 7,
а и б.
К мерам емкости предъявляются следующие требования: длитель-
ное сохранение постоянства емкости, минимальные потери энергии
в диэлектрике, высокая изоляция, малая зависимость величины ем-
§8. ГОСУДАРСТВЕННАЯ И ВЕДОМСТВЕННАЯ
МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ СЛУЖБЫ
Меры электрических величин и электроизмерительные приборы
должны постоянно поддерживаться в состоянии, обеспечивающем их
с. инство и достоверность показаний, что является одной из важней-
ших задач научно-технического и хозяйственного прогресса страны.
Контроль за производством, выпуском и эксплуатацией средств
измерения в нашей стране обёспечйбаётся через широкую сеть госу-
дарственных метрологических органов, которая называется Государ-
ственной метрологической службой. Руководство этой службой осу-
ществляется Государственным комитетом стандартов Совета Мини-
стров СССР.
Государственная метрологическая служба располагает метрологи-
ческими научно-техническими учреждениями — институтами и лабо-
раториями, оснащенными необходимым современным оборудова-
нием для поверки средств измерений в соответствии с требованиями
ГОСТ 8.002—71.
Под руководством Государственной метрологической службы дей-
ствуют органы ведомственных метрологических служб, создаваемые
министерствами и ведомствами для обеспечения метрологического над-
зора в своей отрасли народного хозяйства.
22
В системе Министерства путей сооощения СССР функции отрасле-
вых базовых организаций метрологической службы выполняют соот-
ветствующие управления министерства. Их основной задачей являет-
ся обеспечение единства и достоверности средств измерений в подве-
домственных им организациях. Например, в области средств измере-
нии, применяемых в службе электрификации и энергетического хо-
зяйства, функции базовой организации метрологической службы вы-
полняет Главное управление электрификации и энергетического хо-
зяйства в области средств измерений, применяемых для устройств
сигнализации, централизации, автоблокировки, связи, в том числе
радиотехники, измерения промежутков времени (часы, секундомеры),
а также для устройств автоматики, применяемой в пассажирском хо-
зяйстве,— Главное управление сигнализации и связи. Аналогично
и по всем другим хозяйствам железнодорожного транспорта.
Общая координация деятельности управлений и организаций ми-
нистерства осуществляется Научно-техническим советом МПС.
На каждой железной дороге функции органов ведомственной мет-
трологической службы определяются руководством дороги, исходя из
местных условий объема и характера производства и территориаль-
ного размещения предприятий.
Пример организации ведомственной метрологической службы па
железной дороге можно представить схемой отрасли сигнализации
и связи (рис. 8). Метрологическая служба сигнализации и связи явля-
ется частью ведомственной службы дороги. Руководит работой ве-
домственной метрологической службы в целом главный инженер до-
роги через технический отдел. Организация системы метрологич?-
₽ис. 8. Схема организации отраслевой ведомственной метрологической служ-
бы на железной дороге
23
ской службы но отраслям хозяйства на отделениях и предприятиях
может осуществляться головной организацией, которой является до-
рожная комплексная контрольно-измерительная лаборатория. Ба-
зовой организацией ведомственной метрологической службы в рас-
сматриваемой схеме служит дорожная лаборатория связи во главе
с главным метрологом службы связи.
Служба сигнализации и связи координирует работу дорожной из-
мерительной лаборатории связи и контрольно-поверочных пунктов—
КПП дистанции сигнализации и связи и определяет перспективы раз-
вития метрологии на дороге.
Базовая организация осуществляет контроль за выполнением пред-
приятиями сигнализации й связи дороги требований ГОСТ и положе-
ний о метрологическом надзоре, разрабатывает мероприятия по со-
вершенствованию измерений и метрологического обеспечения в хо-
зяйстве сигнализации и связи, осуществляет связь с дорожной ком-
плексной контрольно-измерительной лабораторией и местной орга-
низацией Государственной метрологической службы — органом Гос-
стандарта СССР.
Дистанции сигнализации и связи являются подразделениями ве-
домственной метрологической службы, их исполнительными органа-
ми служат КПП во главе с метрологом. Общее руководство метроло-
гической службы дистанции осуществляет главный инженер дистан-
ции.
КПП выполняют ведомственные поверки средств измерений, при-
надлежащих дистанции, составляют и согласовывают с территориаль-
ными органами Госстандарта СССР (например, с лабораториями Го-
сударственного надзора — ЛГН) графики поверки средств измерений,
подлежащих обязательной государственной поверке, и обеспечивают
своевременное представление их на поверку.
Аналогично организованы подразделения ведомственной метроло-
гической службы по другим отраслям хозяйств железной дороги.
Глава 3
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
ПРИБОРАХ
§ 9. КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
ПРИБОРОВ ПО СИСТЕМАМ
В зависимости от способа преобразования измеряемой электриче-
ской величины в усилие, перемещающее подвижную часть электроиз-
мерительного прибора, а также от их конструктивных особенностей
приборы классифицируются по системам.
Магнитоэлектрическая система: подвижная часть прибора переме-
щается в результате взаимодействия контура, обтекаемого током, •
24
полем постоянного магнита. Конструктивно приборы выполняются
как с подвижной рамкой, так и с подвижным магнитом.
Электромагнитная система: подвижная часть прибора, представ-
ляющая обычно сердечник из ферромагнитного материала, перемещает-
ся в результате воздействия на него магнитного поля неподвижной ка-
тушки, обтекаемой током.
Электродинамическая система: прибор состоит из неподвижной
катушки, внутри которой размещена подвижная катушка. При про-
хождении тока по катушкам между ними возникает взаимодействие,
в результате которого перемещается подвижная катушка.
Ферродинамическая система: принцип действия такой же, как и
электродинамической системы. Отличительной особенностью являет-
ся наличие сердечника из ферромагнитного материала, способст-
вующего усилению магнитного поля.
Индукционная система: прибор состоит из двух или нескольких
катушек, обтекаемых переменным током и создающих переменные маг-
нитные поля, индуктирующие токи в подвижной части, состоящей из
алюминиевого диска. В результате взаимодействия переменных полей
с наведенными токами происходит перемещение подвижной части при-
бора.
Термоэлектрическая система состоит из термопреобразователя и
измерительного механизма магнитоэлектрической системы.
Выпрямительная (детекторная) система состоит из полупроводни-
ковых выпрямителей (купроксных или германиевых) и измеритель-
ного механизма магнитоэлектрической системы. Приборы используют-
ся для измерений в цепях переменного тока.
Ламповая (электронная) система представляет собой измеритель-
ную схему, состоящую из электронного устройства, а в качестве из-
мерительного механизма (индикатора) используется прибор магнито-
электрической системы. Приборы электронной системы применяются
в цепях переменного и постоянного тока.
Электростатическая система: подвижная и неподвижная части при-
бора заряжены электрическими зарядами, вследствие чего между ними
возникает взаимодействие, приводящее к перемещению подвижной ча-
сти прибора.
Вибрационная система: подвижная часть прибора колеблется
(вибрирует) под действием переменного магнитного поля, создаваемо-
го катушкой, обтекаемой переменным током.
§ 10. КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
ПО СТЕПЕНИ ТОЧНОСТИ И ДРУГИМ ПРИЗНАКАМ
Одной из важных характеристик измерительного прибора служит
степень точности, т. е. степень приближения его показаний к действи-
тельному значению измеряемой им величины. Эта характеристика опре-
деляется погрешностью прибора.
В зависимости от степени точности показывающие и самопишущие
влектроизмерительные приборы согласно ГОСТ 13600—68 делятся на
25
Таблица 5
Род измеряемой величины Название прибора Условное обозначе- ние
Сила электрического тока Амперметр А
Миллиамперметр mA
Микроамперметр и А
Килоамперметр кА
Электрическое напряжение Вольтметр V
Милливольтметр mV
Киловольтметр kV
Электрическая мощность Ваттметр W
Киловаттметр kW
Электрическая энергия Счетчик гектоватт-часов hWh
Сч-тчпк киловаГт-часов kWh
Сдвиг фаз Фазометр <₽
Частота Частотомер Hz
Электрическое сопротивление Омметр Q
Мегомметр MQ
Емкость Микоофарадометр pF
девять классов: 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. Число, обоз-
начающее класс, является наибольшей допустимой основной погреш-
ностью прибора на всех отметках рабочей части его шкалы. Величина
этой погрешности определяется по формуле (6).
По способу сравнения измеряемой величины с единицей измере-
ния измерительные приборы подразделяются на приборы не-
посредственной оценки — показывающие, дающие по-
казания непосредственно по шкале (амперметры, вольтметры и т. п.),
и приборы с р а в н е н и я, предназначенные для сравнения
измеряемой величины с мерой данной величины (например, измери-
тельные мосты).
В зависимости от способа получения отсчета приборы бывают с не-
посредственным отсчетом, с управляемым отсчетом и интегрирующие,
например счетчики электрической энергии.
Приборы более высокого класса точности, применяемые в лабо-
раторной практике, называются лабораторными в отличие от прибо-
ров ограниченной степени точности, используемых для технических
измерений. Последние называются техническими измерительными при-
борами. х
Подразделение электроизмерительных приборов в зависимости от
рода измеряемой величины приведено в табл. 5.
По роду тока измерительные приборы делятся на приборы:
постоянного тока; переменного тока; постоянного и переменного
тока.
По количеству диапазонов (пределов) измерения приборы разде-
ляются на однодиапазонные — с одним диапазоном (пределом) измере-
ния или с одним номинальным значением и многодиапазонные (много-
предельные)— с двумя и брлее диапазонами измерения или несколь-
кими номинальными значениями.
2G
В зависимости от способа определения измеряемой величины раз-
личают две разновидности измерительных приборов. Приборы, не-
прерывно измеряющие или регистрирующие во времени измеряемую
величину, называются аналоговыми прибора м и, а при-
боры, измеряющие мгновенные значения через определенные проме-
жутки времени — приборами дискретного действия.
По условиям эксплуатации электроизмерительные приборы разде-
ляются па группы А, Б, В, определяющие допустимые температурные
условия и степень влажности.
По размерам корпусов приборы бывают миниатюрные, малогаба-
ритные, среднегабаритные, крупногабаритные.
§ 11. ОБЩАЯ СХЕМА УСТРОЙСТВА
ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРИБОРА НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ
ОЦЕНКИ
Электроизмерительный прибор состоит из измерительной схемы и
измерительного механизма.
В измерительную схему входят элементы (резисторы, преобразова-
тели, переключатели, зажимы и др.), совместно с которыми измери-
тельный механизм дает возможность определять значение измеряемой
величины. В современной электроизмерительной технике использует-
ся большое количество различных приборов, имеющих одинаковые
конструктивные элементы и много общих узлов и деталей.
Измерительный механизм каждого электроизмерительного прибо-
ра состоит из подвижной и неподвижной частей, взаимодействующих
между собой в процессе измерения. В результате этого взаимодействия
подвижная часть прибора поворачивается относительно неподвижной
части так, что угол ее поворота пропорционален измеряемой величине.
Эта пропорциональность достигается применением в конструкции при-
бора деталей, описанных в § 13.
Общая схема устройства изме-
рительного механизма прибора
непосредственной оценки электро-
магнитной системы представлена
на рис. 9.
Неподвижной частью прибора
служит катушка 5. В других си-
стемах приборов могут быть по-
стоянный магнит, электромагниты
или система катушек. Основной
деталью подвижной части является
ферромагнитный сердечник //,
жестко прикрепленный к оси 8,
Упирающейся в подпятники 2 и 9.
К этой же оси прикреплена стрел-
ка 4, указывающая измеряемую ве-
личину по шкале 6. Спиральная
Рис. 9. Схема устройства измери-
тельного прибора непосредственной
оценки
27
пружина 3 является элементом, обеспечивающим пропорциональ-
ность угла поворота стрелки измеряемой величине. Для успокоения
подвижной части предназначается успокоитель 7, 10. Установка
стрелки на нуль обеспечивается корректором 1. Уравновешивание
подвижной части достигается при помощи балансных грузиков —
противовесов 12.
§ 12. ДЕТАЛИ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ
Подвижная часть и ее крепление. В зависи-
мости от системы электроизмерительного прибора основным элементом
его подвижной части может быть не только ферромагнитный сердеч-
ник, но также алюминиевый диск, вибрирующий якорь, рамка или
катушка, намотанная тонким изолированным проводом.
В приборах, не имеющих обмоток на подвижной части, применяют
оси из стальной.проволоки или же из топкой латунной, или алюминие-
вой трубочки с вставленными в нее с обеих сторон стальными заострен-
ными кернами. Они упираются в подпятники из твердого камня — сап-
фира, агата или рубина. Подпятник заправлен в оправку (рис. 10, а).
В приборах, подвижная часть которых выполнена в виде рамки с
обмоткой, используют полуоси (рис. 10, б). В этом случае на рамку
с обмоткой 1 наклеивают листок бумаги 2 с подклеенным к нему подос-
пиком 3. В подосник завальцована букса 5, зажимающая пружино-
держатель 4. В буксе 5 закреплен стальной керн 6. Такие полуоси ук-
репляют либо на наружных, либо на внутренних сторонах рамки.
Полуоси, так же как и концы осей, упираются в подпятники. Установ-
ка подвижной части в зависимости от конструкции прибора может
быть вертикальной или горизонтальной. *
Для уменьшения трения в подпятниках, особенно в приборах вы-
сокой чувствительности, подвижную часть укрепляют на растяжках
(рис. 11, а) или на подвесе (рис. 11, б) из фосфористой бронзы. В по-
следнее время растяжки применяют для крепления подвижной части
в переносных и даже в щитовых электроизмерительных приборах.
Этим повышается чувствительность и значительно снижается энергия,
потребляемая прибором.
Рис. 10. Детали крепления подвижной части прибора
28
Рнс. 11. Крепление подвижной ча-
сти прибора на растяжках и под-
весе
Успокоение электро-
измерительных прибо-
ров. Измеряя электрическую вели-
чину, прибор включают в цепь, при
этом его подвижная часть со стрел-
кой в течение некоторого времени
совершает колебания относительно
положения полного равновесия. Это
время, называемое временем успокое-
ния подвижной части, является важ-
ной характеристикой прибора. Его
определяют с момента включения при-
бора до момента, при котором ам-
плитуда колебаний стрелки будет менее 1% длины шкалы. В соо/вет-
ствии с требованиями ГОСТ время успокоения для приборов всех
классов не должно превышать 4 с.
В современных электроизмерительных приборах применяют воз-
душные и магнитоиндукционные успокоители (рис. 12).
В воздушном успокоителе поршень 1 или крыльчатка 3, жестко
скрепленные с осью прибора, перемещаются в закрытом цилиндре 2
или камере 4. Между поршнем (крыльчаткой) и цилиндром (камерой)
существует небольшой зазор. При движении поршня по обе стороны
его возникает разность воздушного давления, способствующая пере-
мещению воздуха из одной части камеры в другую, что приводит к тор-
можению поршня (крыльчатки) и успокоению подвижной части при-
бора.
Магнитоиндукционный успокоитель состоит из алюминиевого сек-
тора 5, жестко закрепленного на оси с указательной стрелкой прибора.
Сектор расположен между полюсами постоянного магнита 6'. При по-
вороте оси подвижной части прибора алюминиевый сектор пересекает
магнитный поток между полюсами и в секторе индуктируются вихре-
вые токи.
Взаимодействие наведенных токов с магнитным потоком приво-
дит к торможению движения сектора, а следовательно, к успокое-
нию подвижной части прибора.
В некоторых измерительных приборах в качестве магнитоиндук-
ционных успокоителей используются элементы подвижной части при-
Рис. 12. Успокоители подвижной части измерю единых приборов
29
бора, как, например, алюминиевый каркас рамки в магнитоэлектриче-
ском приборе.
Шкалы п указательные стрелки. Для опреде-
ления измеряемой величины показывающие измерительные приборы
снабжаются отсчетным устройством, состоящим из шкалы и указатель-
ной стрелки.
По своему характеру шкалы приборов бывают: равномерными
(рис. 13, а), у которых расстояния между двумя смежными отметками
равны по всей шкале, и неравномерными (рис. 13, б), имеющими раз-
ные расстояния между отметками одинаковых величин в разных ча-
стях шкалы.
Равномерные шкалы бывают у измерительных приборов, вращаю-
щий момент которых прямо пропорционален измеряемой величине,
а противодействующий момент пропорционален углу поворота под-
вижной части. При нелинейных зависимостях этих величин шкала
прибора неравномерная.
По конструкции шкалы подразделяются на обыкновенные
(см. рис. 13, а и б), у которых деления нанесены на гладкую белую по-
верхность, и зеркальные (рис. 13, в), имеющие дугообразный вырез ни-
же делений. С внутренней стороны против выреза укреплено зеркало.
Такие шкалы применяются у приборов высокого класса точности,
снабженные ножевидной или нитевидной стрелками. Отсчет измеряе-
мой величины производится в таком положении глаза, при котором но-
жевидная часть стрелки закрывает свое изображение в зеркале. Бла-
годаря этому устраняется погрешность, вызываемая неправильным
положением глаза оператора.
У технических измерительных приборов применяются копьевид-
ные стрелки (см. рис. 13, а и б), а у приборов с малым вращающимся
моментом используются теневые указатели (рис. 14). Луч света от ис-
точника 1 проходит через объектив 2 с установленной в нем копьевид-
ной диафрагмой <? и, отражаясь от зеркальца 4, укрепленного на под-
вижной части прибора, попадает на шкалу 5, указывая измеряемую
величину. У некоторых приборов па шкалу проектируется тонкая те-
невая линия.
Рис. 13. Шкалы и указательные стрелки измерительных приборов
30
Рис. 14. Устройство теневого указа-
теля
Рис. 15 Устройство коррек-
тора
В некоторых разновидностях электроизмерительных приборов для полу-
чения показаний применяются отсчетные устройства, называемые индикаторами.
К ним относятся цифровые указатели в виде световых табло, цифровые много
электродные лампы с фигурными электродами, преобразующие электрические,
напряжения в цифры, механические цифровые индикаторы в виде роликового
счетного механизма (например, в счетчике электрической энергии ) и г. п. В ря-
де приборов специального назначения в качестве индикатора используют стре-
лочный прибор магнитоэлектрической системы, ткала которого градуирована в
единицах измеряемых величин (например, индикаторы в ламповых вольтметрах,
частотомерах, измерителях емкости и подобных других приборах). С этими ин-
дикаторами не следует путать индикаторы тока и напряжения, описанные в
§34.
Корректор и арретир. Установка подвижной части
прибора на нуль осуществляется корректором (рис. 15), состоящим из
головки / со шлицом и направляющего пальца, вмонтированного в
головку. Палец входит в вилку водителя 3, к которой припаяна
противодействующая пружина 4. При повороте головки корректора
палец упирается в водитель 3 и смещает ось 2 со стрелкой 5, устанав-
ливая ее на нуль шкалы.
К нижней части стрелки прикреплены балансные грузики 6, пред-
назначенные для уравновешивания подвижной части прибора. Поло-
жение грузиков на держателях выбирают так, чтобы центр тяжести
подвижной части прибора совпадал с осью ее вращения. Благодаря
этому исключаются погрешности вследствие влияния моментов сил
тяжести.
Правильно уравновешенная подвижная часть почти не смещается
с нулевой отметки при любых положениях не включенного в цепь
измерительного прибора.
Арретир — устройство, фиксирующее подвижную часть при-
бора. Это необходимо для устранения колебаний подвижной части
прибора при переносках. Такне приспособления применяются глав-
31
Рис. 16. Внешний вид щитовых измерительных приборов
ним образом у приборов, подвижная часть которых укреплена на рас-
тяжках или на подвесе.
Все детали приборов укрепляются на специальном основании и по-
мещаются в защитный пластмассовый или металлический корпус
квадратной (рис. 16, а), цилиндрической (рис. 16, б) или обтекаемой
формы. В корпус вставлено стекло, защищающее шкалу и указатель-
ную стрелку от внешних воздействий.
§ 13. ВРАЩАЮЩИЙ, ПРОТИВОДЕЙСТВУЮЩИЙ
И УСТАНАВЛИВАЮЩИЙ МОМЕНТЫ
Измеряемая электрическая величина в измерительном механизме
преобразуется в механическое усилие, создающее в р а щ а ю щ и й
м о м е н т, перемещающий (или вращающий) подвижную часть изме-
рительного механизма относительно неподвижной части. Вращающий
момент Л1 Пр зависит от измеряемой величины Мвр = / (X).
Как уже было указано выше (см. § 11), для того чтобы положение
подвижной части прибора зависело от значения измеряемой величины,
в измерительном механизме в процессе измерения должен возникать
противодействующий момент, препятствующий пе-
ремещению подвижной части прибора и пропорциональный измеряемой
величине.
Противодействующий момент пропорционален углу поворота а
подвижной части прибора и удельному противодействующему момен-
ту D элемента, создающего противодействующий момент
Мпр = Da. (12)
Отсчет измеряемой величины производят в положении равновесия
подвижной части, при котором
А1вр = Л1пр. 03)
32
Подставив значения моментов,
получаюФ
/ (X) = Da, откуда а =
= ±/(Х) = Л/(Х).
Из этого выражения следует, что
угол поворота подвижной части из-
мерительного прибора однозначно за-
висит от измеряемой величины и от
параметров прибора. Положение рав-
новесия подвижной части при пово-
Рис. 17. График вращающего и
противодействующего моментов
роте ее на угол 04 отмечено точкой а па пересечении графиков вра-
щающего и противодействующего моментов (рис. 17).
Если вывести подвижную часть измерительного прибора из положе-
ния равновесия, повернув ее на некоторый угол ±Да, то возникает
устанавливающий момент, стремящийся возвратить подвижную часть
прибора в положение равновесия. Величина его М уст определяется
как разность вращающего и противодействующего моментов
Л4уст = Мвр — Л4пр. Направление устанавливающего момента Муот
зависит от направления поворота подвижной части прибора. При
нарастающем значении угла поворота + Да устанавливающий мо-
. мент направлен противоположно вращающему, т. е. Л4уС1 < 0. Если
же угол поворота подвижной части —Да направлен в убывающем
направлении, то устанавливающий момент совпадает с вращающим
М уст > 0.
При сравнении различных измерительных приборов между со-
бой в отношении устанавливающего момента пользуются удель-
ным устанавливающим моментом Л4у'вт. Его
определяют как отношение устанавливающего момента Л1уст к соответ-
ствующему приращению угла поворота
Д1уот — Д1 уС1/Да.
(14)
Чем больше устанавливающий момент при одном и том же значе-
нии Да, тем быстрее и надежнее устанавливается подвижная часть
прибора в положении равновесия.
Противодействующий момент в технических измерительных при-
борах создается упругими усилиями закручиваемых спиральных
пружин.
В приборах же высокой чувствительности для создания противо-
действующего момента используются упругие усилия, возникающие
при закручивании подвесов или растяжек, на которых укрепляется
подвижная часть прибора.
В некоторых электроизмерительных приборах противодействующий
момент создается электромагнитными силами, возникающими в ре-
зультате прохождения тока по противодействующему элементу (рам-
ке или катушке).
2 Зак. 1970
33
§ 14. ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ И ПОСТОЯННАЯ
ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРИБОРА
Чувствительность S электроизмерительного прибора
принято характеризовать углом отклонения его подвижной части (из-
меряемым количеством делений) или линейным перемещением конца
указательной стрелки по шкале на единицу измеряемой величины.
Чувствительность определяют по току S, и напряжению Su
с а /делен \ г мм \ о а /делен \ / мм \
8/ — — (------ или ( — ; 8и = — ---------- или — •
I \ А / \ А ) U \ В ) \В )
Чем выше чувствительность измерительного прибора, тем мень-
шие значения измеряемой величины можно определить этим при-
бором.
Не меныпее практическое значение имеет обратная величина
чувствительности — постоянная прибора С = 1/S. По-
стоянная прибора также определяется по току С, и по напряжению
Си:
Очень часто на шкалах лабораторных измерительных приборов
цифры указывают количество делений от нулевого значения шкалы.
Зная постоянную прибора по току или по напряжению, определяют
измеряемую величину, перемножая угол отклонения стрелки на по-
стоянную прибора
/ = С/а; 1) = Cud.
У современных приборов высокой чувствительности постоянная
по току С/ достигает значения от 1-Ю-9 до 1-Ю-11 А/мм. В практи-
ке довольно часто пользуются постоянной по току, выраженной в
мкА/делен.
§ 15. СОБСТВЕННОЕ ПОТРЕБЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ
ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫМИ ПРИБОРАМИ
Электроизмерительный прибор, включенный в электрическую цепь,
находящуюся под напряжением, потребляет определенную энергию.
Эта энергия расходуется на нагревание электрической цепи прибо-
ра, *на вихревые токи и перемагничивание ферромагнитных сердеч-
ников.
Если мощность измеряемой цени соизмерима с потерями мощности
в приборе, то при его подключении изменится режим в измеряемой це-
пи и результаты измерений будут неправильные.
Достоинством измерительного прибора является возможно мень-
шая мощность потребляемой им энергии — мощность его потерь.
34
Таблица б
Наименование прибора «> бис.тема прибора Потребляемая мощность, Вт
токовой об- моткой при силе ток? 5 А обмоткой напряжения при напряже- нии 100 В
Магнитоэлектрическая 0,2—0,5
Электромагнитная 1.0—2,5 —
Амперметр Электродинамическая 3,5—10 —
Термоэлектрическая 1,0—2,0 •_ —
Выпрямительная 0.2—0,6 —
Амперметр регистрирующий Ферродинамическая 10—15 —
Вольтметр Магнитоэлектрическая — 0,1—1
Электромагнитная — 4-6
Электродинамическая — 6—12
Выпрямительная —- 0,1—1
Вольтметр регис 1 рирующий Электронная — —
Ферродинамическая — 10-20
Ваттметр Электродинамическая 1,5—5,0 3—5
Счетчик Ферродинамическая 2—4 4—8
Индукционная 1—2,5 1—4
Фазометр Электродинамическая - 8—12 7—10
Фазометр регистрирующий 15—20 15—20
Частотомер Ферродинамическая —— Не >12
Вибрационная — 2—5
Величина мощности потерь зависит от системы и конструктивных
данных прибора. Ориентировочные значения мощности потерь в при-
борах различных систем приведены в табл. 6.
§ 16. ПЕРЕГРУЗОЧНАЯ СПОСОБНОСТЬ
ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
Обмотки и другие токоведущие элементы (противодействующие пру-
жины, зажимы и т. п.) измерительного прибора, обтекаемые током, рас-
считываются на продолжительную работу при номинальных значениях
тока. Для обеспечения этого режима и соответствующей надежности
в соответствии с ГОСТ 22261—76 щитовые электроизмерительные при-
боры должны выдерживать в течение 2 ч без всяких повреждений
нагрузку 120% номинальной.
Повышение температуры деталей при номинальном режиме рабо-
ты прибора не должно выходить за пределы, установленные тем же
ГОСТом.
В рабочих условиях измерительные приборы могут кратковременно
подвергаться большей перегрузке. Это возможно при коротких замы-
каниях в цепи, при различных непредвиденных изменениях рабочих
режимов или неправильном включении приборов. В этих случаях опас-
ность представляют не тепловые влияния, а механические поврежде-
ния подвижной части прибора при ударе стрелки об ограничивающий
штифт на шкале. В соответствии с требованиями ГОСТа щитовые
2*
35
приборы должны выдерживать без повреждений девять ударов то-
ком, превышающим в 10 раз номинальный, продолжительностью
0,5 с с интервалами 1 мин и один удар гоком, превышающим в 10 раз
номинальный, продолжительностью 5 с.
§ 17. ПРОЧНОСТЬ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
Изоляция всех изолированных цепей и частей измерительного
прибора должна обладать необходимой электрической прочностью от-
носительно корпуса. Она испытывается переменным напряжением си-
Таблица 7
Номинальное напряжение прибора или номинальное напряжение сети, В Действующее значение испытательного напряжения, кВ
От 42 до 130 0,5
130 » 250 1,5
250 » 650 2,0
650 » 1000 3,0
1000 » 1 500 4,0
1.500 » 2 000 5,0
2000 > 7 000 2 6*4-1
7000 »30ч00 1,36’4-6
— номинал прибора. В последних двух строчках испытательное напряжение округ пп-
ется в сторону увеличения.
нусоидальной формы, приложенным между корпусом прибора и его
остальными элементами. Прибор должен выдерживать испытательное
напряжение в течение 1 мин.
Величины испытательного напряжения приведены в табл. 7.
§ 18. МАРКИРОВКА И ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ, УКАЗАННЫЕ НА ШКАЛЕ
Электроизмерительные приборы, используемые для измерения
различных величин, разнообразны как по назначению, внешнему виду,
конструктивным особенностям, принципу действия, так и по техниче-
ским характеристикам.
Для того чтобы можно было получить представление об электроиз-
мерительном приборе без детального изучения его описания или пас-
порта, на шкале прибора и частично на его наружной лицевой панели
наносится специальная маркировка, установленная ГОСТ 22261—76,
состоящая из следующих условных обозначений, приведенных в табл. 8.
На приборе указываются:
единица измеряемой величины — А, V, W и т, п.; система при-
бора и степень защищенности от внешних электрических и магнит-
ных полей; класс точности прибора; род тока и число фаз; номер
ГОСТа, по которому изготовлен прибор;
36
Таблица Я
Условное обозначение Пояснение условного обозначения Условное обозначение Пояснение условного обозн!чення
0 Прибор магнитоэлектриче- ской системы с подвижной рамкой и противодействую- щим моментом ♦ф Прибор (электронной) лам- повой системы
Прибор электростатической системы
'Г- То же, но с подвижным маг- нитом
Прибор вибрационной систе- мы
CI Прибор магнитоэлектриче- ской системы без механиче- ского противодействующего момента — лагометр
2,5 Класс точности 2.5 при нор- мировании погрешности в процентах от длины шкалы
То же, но с подвижным маг- нитом 2,5 То же при нормировании по- грешности в процентах от границы измерения
<1 Прибор электромагнитной системы с механическим про- тиводействующим моментом 1
Прибор для измерений в це- пях переменного тока
! * То же, но без механического противодействующего момен- та Прибор для измерений в це- пях постоянного и перемен- ного тока
А Прибор электродинамической системы с механическим про- тиводействующим моментом
Прибор для измерений в це- пях трехфазного тока
То же, но бе? механического противодействующего мо- мента
1 1 Горизонтальное положение прибора
© Прибор ферродинамической системы с механическим противодействующим момен- том
Вертикальное положение прибора
То же. но без механического противодействующего момен- та
/бо° Наклонное положение при- бора под углом 60°
Изоляция прибора испытана напряжением 2 кВ
с D Прибор индукционной систе- мы с механическим противо- действующим моментом
N sl Направление ориентировки прибора в земном магнитном поле
к То же, но без механического противодействующего момен- та
Первая категория зашиты прибора от действия внеш- них магнитных полей

Я Прибор термоэлектрической системы

1 J Вторая категория защиты прибора от действия внеш- них электрических полей
0-W- Прибор выпрямительной де- текторной системы
37
группа прибора по условиям экс-
плуатации;
рабочее положение прибора;
испытательное напряжение проч-
ности электрической изоляции дета-
лей и токоведущих частей относи-
тельно корпуса прибора;
номинальная частота тока, если
она отличается от 50 Гц;
поминальная температура, если
она отличается от 20° С;
номинальный ток и номинальное
напряжение;
Рис. 18. Шкала электроизмери- положение прибора при измере-
гелыюго прибора непосредствен- НИИ и положение относительно земно-
ной оценки го магнитного поля, если это влияет
на показания прибора;
тип (шифр) прибора^ год выпуска и заводской номер прибора;
товарный знак (фабричная марка) завода-изготовителя;
На рис. 18 в качестве примера изображена шкала электроизмери-
тельного прибора типа Э378 электромагнитной системы. Прибор из-
готовлен заводом измерительных приборов (ЗИП) в 1969 г. Он выпущен
под №96541. Прибор предназначен для измерения напряжения до
250 В. Рабочая часть шкалы начинается от отметки 50 В, обозначен-
ной точкой. Положение прибора при измерении вертикальное. Его
класс точности 1,5. По условиям эксплуатации он принадлежит к
группе ВР Изоляция прибора испытана напряжением 2 кВ.
Обозначение типа прибора на шкале состоит из буквенного индек-
са, характеризующего систему прибора (М — магнитоэлектрическая,
Э — электромагнитная, Д — электродинамическая и т. п.). Цифры пос-
ле буквы обозначают завод-изготовитель. Так, например, цифра 3
присвоена Краснодарскому заводу электроизмерительных приборов,
5 — киевскому заводу «Точэлектроприбор». Остальные цифры при-
сваиваются заводом-изготовителем и определяют отличие данного ти-
па прибора от других, выпускаемых заводом приборов.
Показывающие электроизмерительные приборы должны отвечать
следующим основным требованиям: 1) обладать чувствительностью
и точностью, соответствующими ГОСТу; 2) иметь погрешность, не
превышающую допустимую для данного класса точности; постоянство
величины погрешности во времени; 3) дополнительные погрешности
от влияния внешних факторов не должны превышать установленных
ГОСТом значений; 4) обеспечивать непосредственный отсчет измеряе-
мой величины в установленных в СССР единицах измерений; 5) иметь
по возможности равномерную шкалу; 6) потреблять минимальную мощ-
ность; 7) обладать хорошим успокоением; 8) обладать достаточной
электрической прочностью; 9) обладать выносливостью к перегруз-
кам и нагревам под нагрузкой; 10) обладать устойчивостью к механи-
ческим и климатическим воздействиям; 11) конструкция должна быть
простой, а стоимость невысокой.
38
Глава 4
ПРИБОРЫ НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ
ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ
§ 19. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИБОРОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ
СИЛЫ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ
Приборы, предназначенные для измерения силы тока, в зависимо-
сти от их номиналов подразделяются на микроамперметры, миллиам-
перметры, амперметры и килоамперметры.
При измерении силы тока через амперметр должен протекать весь
ток нагрузки, поэтому прибор включают последовательно с сопротив-
лением нагрузки (рис. 19). Для того чтобы включение прибора не отра-
жалось на режиме питания нагрузки, его внутреннее сопротивление
должно быть очень малым, во много раз меньше сопротивления на-
грузки. Например, внутреннее сопротивление амперметров с номина-
лом 5А бывает порядка от тысячных до десятых долей ома (0,008
0,5 Ом). Чем выше номинал»прибора, тем меньше его внутреннее со-
противление, и наоборот, у приборов с малыми номиналами измеряе-
мой силы тока внутреннее сопротивление больше.
Для измерения напряжения в зависимости от номиналов измеряе-
мых величин применяются милливольтметры, вольтметры и киловольт-
метры.
При помощи вольтметров можно измерять напряжение между
двумя точками исследуемой цепи. Для измерения напряжения на за-
жимах электрического генератора Г (см. рис. 19) вольтметр должен
быть присоединен к этим зажимам, т. е. параллельно к генератору.
Аналогично при измерении напряжения на сопротивлении нагрузки
вольтметр присоединяют параллельно к нагрузке. Следовательно,
в любом случае при измерении напряжения прибор присоединяют па-
раллельно к измеряемому участку цепи.
Для того чтобы подключение вольтметра не влияло на элсктриче-
Рис. 19. Включение приборов
в измеряемую цепь
скип режим цепи, его внутреннее сопротивление должно быть очень
большим и во много раз превышать сопротивление измеряемого участ-
ка цепи. Поэтому вольтметры обладают большим внутренним сопро-
тивлением; чем оно больше, тем точнее будет результат измерения.
Иногда в практике для характеристики внутреннего сопротивле-
ния вольтметра пользуются величиной
сопротивления, приходящегося на 1 В
шкалы прибора. У хороших лаборатор-
ных приборов магнитоэлектрической
системы эта величина достигает 1000 Ом
на 1 В, а в специальных конструк-
циях — 20 000 Ом на 1 В шкалы при-
бора. У технических вольтметров этой
же системы сопротивление бывает 100—
300 Ом на 1 В шкалы.
39
§ 20. ПРИБОРЫ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
Измерительный механизм прибора магнитоэлектрической системы
(рис. 20) состоит из постоянного магнита 6, изготовленного из высоко-
качественной никельалюминиевокобальтовой стали (альни, альнико,
магнико) и магнитопровода 4, 7 с полюсными наконечниками 11 и 15.
Между ними установлен строго центрированный стальной цилиндр 13,
благодаря чему в зазоре, образованном между полюсными наконечника-
ми и цилиндром, сосредоточено сильное, равномерное, радиально на-
правленное магнитное поле (рис. 21).
Подвижной частью измерительного механизма служит легкая алю-
миниевая рамка 12 с обмоткой из тонкой (диаметром 0,02—0,2 мм)
изолированной медной или алюминиевой проволоки (см. рис. 20).
Рамка установлена в зазоре, не касаясь полюсных наконечников и
стального цилиндра. С торцовых сторон к рамке приклеены специаль-
ные буксы, в которые вставлены стальные керны 10 и 14. Они явля-
ются полуосями рамки (на рис. 20 для большей наглядности они удли-
нены). Конны кернов упираются в подпятники 1 и 8, закрепленные
в верхнем и нижнем мостиках (мостики на рисунке не показаны).
Концы обмотки рамки соединены со спиральными пружинами 9
и 17, предназначенными для создания противодействующего момента
жестко скрепленными с полуосями. Эти пружинки служат одновремен-
но токопроводящими проводниками, соединяющими обмотку рамки
с измерительной схемой прнбе
реплена указательная стрелка
пая пружина 17 соединена с
Рис. 20. Устройство измеритель-
ного механизма магнитоэлектри-
ческой системы
ра. На передней полуоси рамки 12 ук-
3 с балансными грузиками 16. Спираль-
рычажком корректора 2. Над изме-
рительным механизмом размещена
шкала 5. Измерительный механизм и
другие детали измерительной схемы
прибора укреплены на основании из
пластмассы или металла и закрыты
защитным пластмассовым или метал-
лическим корпусом, имеющим застек-
ленное смотровое окно (на рисунке
не показаны).
При протекании постоянного элек-
трического тока по обмотке рамки
прибора возникает механическое
взаимодействие между магнитным
полем тока и полем постоянного маг-
нита. На каждую из сторон рамки
(см. рис. 21) действуют силы F, на-
правление которых определяется пра-
вилом левой руки. Они образуют пару
сил, создающую вращающий момент,
который поворачивает рамку на опре-
деленный угол а.
Сила F, действующая на каждую
из активных сторон рамки, опре-
40
деляется равенством
. F = BIlw, (15)
где В — магнитная индукция в зазсре;
1 — сила тока в рамке;
I — активная длина одной сто-
роны рамки;
w — число витков обмотки рамки.
Известно, что вращающий момент
Мвр = 2Н>/2, (16)
Рис. 21. Схема взаимодействия
тока и магнитного поля
где b — ширина рамки.
Подставив в уравнение (16) величину силы F из равенства (15),
получим
М вр = 2Fb/2 = 2Bllbw/2 = Вlsw( (17)
где s — bl — активная площадь рамки.
При повороте рамки на угол а возникает противодействующий
момент Л1ир = Da [формула (12)1. В установившемся положении рам-
ки [согласно формуле (13)] Л1вр = Л4пр или, заменяя Л4вр его значе-
нием из выражения (17) Blsw = Da, определяют угол поворота а
подвижной части прибора
а — IBsw/D. (18)
В выражении (18) дробь Bsw/D — S, представляет собой чувстви-
тельность прибора по току. Следовательно, угол а отклонения подвиж-
ной части прибора магнитоэлектрической системы пропорционален
току и шкала у прибора равномерная.
Так как прибор обладает внутренним сопротивлением г, то при
протекании тока по его рамке падение напряжения на зажимах при-
бора U = 1г. Зная постоянную прибора по току С, = 1/Sy, можно
определить силу тока / = С,а, тогда U — С,аг = С и а, где Си =
= С/Г — постоянная прибора по напряжению.
Отсюда следует, что магнитоэлектрический измерительный прибор
может быть применен как для измерений силы тока, так и для измере-
ний напряжения. В зависимости от назначения прибор имеет определен-
ную измерительную схему. При непосредственном включении измери-
тельного прибора в измеряемую цепь без специальной измерительной
схемы им можно измерить небольшие величины тока или напряжения
(силу тока порядка 15—30 мА или напряжение от 45 мВ до нескольких
вольт). Это объясняется высокой чувствительностью измерительных
механизмов. Поэтому для расширения пределов измерений применяют-
ся дополнительные приспособления, сведения о которых изложены
в §21.
В измерительных механизмах магнитоэлектрической системы для
успокоения подвижной части используется алюминиевый каркас рам-
ки, в котором при его движении в магнитном поле индуктируется
ток. Взаимодействие индуктированного тока с магнитным полем по-
стоянного магнита порождает тормозной момент, успокаивающий под-
вижную часть.
4)
Рис. 22. Измерительный механизм
с внутрирайонным магнитом
Кроме измерительных механизмов
магнитоэлектрической системы с
внешним магнитом (см. рис. 20), по-
лучили широкое распространение ме-
ханизмы с внутрирамочным магни-
том (рис. 22). В измерительном меха-
низме такой конструкции магнитный
поток создается магнитом 2, намагни-
ченным по диаметру, и проходит
через выравнивающие поле наклад-
ки 8, воздушный зазор и кольцевое
ярмо 7 В зазоре между накладками 8
и ярмом 7 помещена рамка 6, укреп-
ленная на растяжках <3 и 10, припаян-
ных к удерживающим пружинам 5
и 9. С верхней удерживающей пру-
жиной 5 скреплен водитель корректо-
ра 4. Ограничители / служат для
предотвращения обрыва растяжек
при сотрясениях.
В приборах о внутрирамочным
магнитом лучше используется энер-
гия магнита за счет уменьшения по-
токов рассеяния. Кроме того, значительно уменьшаются габариты и
вес прибора. Однако магнитное поле у приборов с внутрирамочным
магнитом неоднородно, шкалы неравномерны. Точность и чувстви-
тельность их ниже, чем у приборов в внешним магнитом.
В современных измерительных приборах магнитоэлектрической
системы применяются также измерительные механизмы с подвижным
магнитом.
Достоинствами приборов магнитоэлектрической системы
являются: высокая чувствительность; высокая степень точности; рав-
номерная шкала; незначительное влияние внешних магнитных полей
благодаря наличию сильного собственного магнитного поля; незначи-
тельное влияние температуры, что объясняется наличием специальной
температурной компенсации; небольшая потребляемая мощность
вследствие высокой чувствительности; хорошее успокоение (не более
2—3 с).
К недостаткам приборов магнитоэлектрической системы
следует отнести; сложность и дороговизну конструкции; низкую пере-
грузочную способность ввиду того, что при перегреве током теряют
свои упругие свойства противодействующие пружинки, а при большой
силе тока они перегорают; возможность применения для измерений
только в цепях постоянного тока (при отсутствии дополнительных пре-
образователей).
Электроизмерительные приборы магнитоэлектрической системы
применяются в качестве вольтметров, милливольтметров, ампермет-
ров, миллиамперметров, микроамперметров в практике эксплуатации
устройств железнодорожной автоматики и телемеханики, связи, элек-
42
тротяги и электроэнергетики. Измерители магнитоэлектрической си-
стемы используются также в устройстве более сложных приборов,
применяющихся в электротехнической аппаратуре и оборудовании,
§ 21. РАСШИРЕНИЕ ПРЕДЕЛОВ ИЗМЕРЕНИЯ ПРИБОРОВ
МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
В любом электроизмерительном приборе полный поворот его под-
вижной части, при котором указательная стрелка отклоняется до пра-
вой крайней отметки шкалы, происходит при определенной силе тока,
протекающего через прибор. Эту силу тока называют током полно-
го отклонения стрелки, или номинальным током при-
бора.
В приборах магнитоэлектрической системы ток полного отклоне-
ния стрелки имееточень небольшую величину (от0,5 до 30 мА для вольт-
метров и несколько десятков миллиампер.для амперметров). Поэтому
для измерения токов и напряжений, превышающих указанные зна-
чения, применяют приспособления, позволяющие расширить пределы
измерения.
Для расширения пределов измерения приборов магнитоэлектри-
ческой системы по току применяются шунты, а по напряжению—
добавочные резисторы.
Шунты, их расчет. Шунт представляет собой четырехзажимный
резистор, величина сопротивления которого значительно меньше со-
противления рамки измерительного механизма. Его включают после-
довательно в измеряемую цепь. Параллельно шунту присоединяют из-
мерительный механизм (рис. 23. а). В таком соединении измерительный
прибор (амперметр) используется для измерения силы тока.
Для включения шунта в измеряемую цепь служат массивные за-
жимы Т и Т', называемые токовыми. Переходные контактные
сопротивления этих зажимов добавляются к собственному сопротив-
лению шунта. Переходные сопротивления неустойчивы и не могут
быть точно учтены. Для исключения влияния их на показания прибора
измеритель присоединяют к шунту при помощи потенциаль-
ны х з а ж и м о в П и П'. Они всегда располагаются внутри меж-
ду токовыми зажимами. При таком включении сопротивление шунта
между потенциальными зажимами не зависит от переходных сопро-
Рпс. 23. Присоединение измерительных механизмов к шунтам
тивлений токовых зажимов, благодаря чему исключается влияние пере-
ходного сопротивления токовых зажимов на показания прибора.
Для вывода расчетной формулы, определяющей сопротивление
шунта сначала находят падение напряжения Ua между точками
fl и П' подключения измерителя.
Обозначив измеряемый ток /, ток полного отклонения стрелки /и и
сопротивление прибора /?„, находят падение напряжения на парал-
лельном соединении прибора и шунта
Сократив левую и правую части равенства (19) на Ru и преобразо-
вав его, получим
• Мт—0=R- (20)
\ 'и /
В равенстве (20) отношение ///„ = п называют шунтирую-
щим множителем. Эта величина показывает, во сколько раз
расширяется предел измерения прибора по току. Подставив шунти-
рующий множитель в формулу (20), получают окончательное выраже-
ние, по которому определяют сопротивление шунта
=/?и (п - 1). > (21)
Приведенный расчет позволяет определить сопротивление одно*
предельного шунта. Однако в практике очень часто применяются мно*
гопредельные приборы — миллиамперметры, амперметры, допускаю-
щие измерение разной силы тока на разных пределах. Одна из возмож-
ных схем многопредельного амперметра изображена на рис. 23, б.
Зажим 0 является общим при всех измерениях. Остальные зажим! i
используются в зависимости от заданного предела измерения силы к -
ка. Самый большой предел измерения будет у прибора, включенною
в цепь при помощи зажимов 0-1, и самый малый предел — 0-3.
Расчет всего сопротивления шунта между точками в и е и сопро-
тивления участка шунта производится по формуле (21). Обозначив
сопротивление всего шунта 7?ш3 (между точками в и е), сопротивление
участка шунта между точками а и г — /?ш1 сопротивление прибора
R„ и шунтирующий множитель участка шунта подставляют их
в формулу (21)
П /?и+(^П78-^?ПТ1)
«ш1----------;—— •
nt— 1
Решая написанное равенство относительно /?ш1, получим
П ___ /?и+ Ошз
Кш1-----------
«I
Так как сумма Ru -f- Ria3 при расчете любого участка шунта оста-
ется неизменной, ее можно заменить величиной R, называемой по-
стоянным сопротивлением контура. При этом окончательный вид фор-
мулы упрощается ЯШ1 = R/nlt
44
Рис. 24. Внешний вид шунтов
Следовательно, для определения величины сопротивления любого
участка многопредельного шунта необходимо сопротивление контура
разделить на шунтирующий множитель данного участка шунта.
Шунты изготовляются из манганиновой проволоки, ленты или
стержней, укрепленных между массивными наконечниками, па кото-
рых имеются токовые и потенциальные зажимы. Некоторые из них
показаны на рис. 24. Шунты могут устанавливаться внутри прибора,
если прибор рассчитан на измерение небольшой силы тока (обычно
до 100 А). Наружные шунты применяются с приборами, измеряющими
большие силы тока. Они подразделяются на индивидуальные и вза-
имозаменяемые (калиброванные).
Индивидуальный шунт применяют только е тем прибором, кото-
рый градуировался с данным шунтом. Взаимозаменяемый шунт мож-
но применять с любым прибором, предел измерения которого (по на-
пряжению) равен падению напряжения, указанному па шунте. Но-
минальные падения напряжения на взаимозаменяемых шунтах со-
гласно ГОСТ 8042—61 могут быть 60 или 75 мВ (ГОСТ 8042—56 до-
пускал 45, 75, 100 и 150 мВ). В зависимости от точности их подгонки
подразделяют на классы: 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5. Числа обозначают
допустимое отклонение величины сопротивления шунта в процентах
от его номинального значения. Измерительный прибор присоединяют
. к шунту при помощи специальных калиброванных проводов, сопро-
* тивление которых 0,035 Ом при температуре 20° С.
Пример 5. Рассчитать сопротивление шунта к амперметру о номинальным
током 0,5 А и внутренним сопротивлением 1,99 Ом для расширения предела из-
мерения силы тока до 100 А (см. рис. 23, а).
Решение. 1. Определяем шунтирующий множитель
« = ///„ = 100/0,5 = 200.
2. Вычисляем сопротивление шунта
Rm = Ru/(n— 0= 1,99/(200— 1) =0.01 Ом.
Пример 6. Определить номинальный ток амперметра с внутренним со-
противлением 0,57 Ом и током полного отклонения стрелки, равным 5 А, если
его подключить к шунту с сопротивлением 0,03 Ом.
Решение. 1. Определяем величину шунтирующего множителя из формулы
„ /?и 0,57 + 0,03
’ ,=~3~ыз—=2°-
2. Вычисляем номинальный ток прибора с шунтом
///и = п; / = /и п = 5.20= 100А.
45
50
5
Пример 7. Рассчитать величины сопротивлений участков многопредель-
ного шунта (см. рис. 23,6); /?ш1, /?Ш2» Для измерения предельных значений
силы тока 1 А; 5Л и 50А, если к шунту подключен магнитоэлектрический измери-
тельный механизм с сопротивлением рамки 4,9 Ом и током полного отклонения
стрелки, равным 20 мА.
Решение. 1. Определяем шунтирующие множители для каждого предела
измерений силы тока:
щ=—= -"- = 2500; ла = —= - " =250;
/.. 0,02 /и 0,02
/з 1
”3 = /и = 0,02
2. Вычисляем величину сопротивления
А’шз = ^ш14-^1и2+ ^шЗ
= 50.
всего шунта R-,>•>:
4/
=------^и,1 им.
л,—1 50—!
3. Вычисляем величину сопротивления контура
/?х=»/?Ш8+Ли=0,14-4.9 = 5 Ом.
4. Определяем величину сопротивления шунта /?Ш2 „а участке в—д:
/?ша = = =0,02 Ом.
Л2 250
5. Вычисляем величину сопротивления участка шунта /?П11:
Лш1=—=—^—=0,002 Ом.
п । 2;>00
6, Находим величину сопротивления участка шунта
«Ш2 — ЛШа — Яш >=0.02—0 002 = 0.018 Ом.
7. Вычисляем величину сопротивления участка шунта
/?^3=/?шз—ЛШ2=0.1-0,02=0,08 Ом.
Добавочные резисторы, их расчет. Для измерения напряжении,
превышающих напряжение, на
Рис. 25. Соединение измерительных
механизмов с добавочными резисто-
рами
которое рассчитан измерительный
механизм (или прибор), последо-
вательно с ним включают добавоч-
ный резистор (рис. 25, а). В этом
случае часть измеряемого напря-
жения падает на сопротивлении
измерительного механизма (или
прибора), остальная часть — на
добавочном резисторе.
Величину сопротивления доба-
вочного резистора определяют в
зависимости от данных измери-
тельного механизма и требуемого
предела измерения напряжения.
Обозначив величину требуемого
предела измерения напряжения U,
величину напряжения, при кото-
ром стрелка измерителя отклоняет-
ся до конца шкалы t/u, сопротив-
46
Рис. 26. Внешний нил добавочных
резисторов
ление рамки измерителя /?„ и величину сопротивления резистора
Ra, вычисляют силу гока / в цепи прибора
/ =-----—=-^. (22)
Яи+Яд Ян
Решая равенство относительно /?д, определяют его величину
= = (23)
\ /
В выражении (23) отношение UIU„ — т называют множителем
добавочного резистора, показывающим, во сколько раз увеличивает-
ся предел измерения прибора по напряжению. По формуле (23) рас-
считывается добавочный резистор, величина сопротивления которо-
го, как следует из формулы, значительно больше величины сопротив-
ления рамки прибора.
Среди современных вольтметров магнитоэлектрической системы
очень часто встречаются многопредельные вольтметры, у которых до
баночный резистор состоит из участков (рис. 25, б) Rt, R2 и R3. В этом
случае рассчитывают сначала добавочный резистор /?д1 = R} первой
границы измерения напряжения Uv Затем вычисляют /?д2 и, вычтя
из результата величину /?д|, получают сопротивление участка R2.
В такой же последовательности определяют сопротивления осталь-
ных участков добавочного резистора.
Добавочные резисторы (рис. 26) изготовляют из манганиновой изо-
лированной проволоки, наматывая ее бифилярно на секционирован-
ные каркасы в виде катушек (см. рис. 26, а) или на пластины из изо-
ляционного материала (см. рис. 26 ,б). Их устанавливают внутри кор-
пуса прибора в вольтметрах на номинальное напряжение до 600 В.
Наружные добавочные резисторы помешают в закрытый корпус
(рис. 26, в). Они подобнр шунтам могут быть индивидуальными и вза-
имозаменяемыми (калиброванными). Взаимозаменяемые добавочные
резисторы делятся на классы: 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 1,0. Их изго-
товляют на номинальные токи 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 3,0;
5,0; 7,5 мА.
47
Резисторы можно применять с любым прибором, у которого ток
полного отклонения стрелки соответствует номинальному току вза-
имозаменяемого резистора.
Пример 8. Определить номинальное напряжение U вольтметра (см. рис.
25, а), у которого сопротивление рамки измерительного механизма равно 30 Ом,
7’>к полного отклонения стрелки составляет 10 мА, Последовательно с измери-
тельным механизмом включен добавочный резистор а сопротивлением 29 970 Ом,
Решение. 1. Определяем напряжение на рамке измерительного механизма
при токе полного отклонения стрелки
U„=-R„ /„=30-0,01=0,3 В.
2. Находим значение т — множителя добавочного резистора
„ /?д 29 970
/?д=ки(т_1); m = !=——+! = 1(Х)0.
<\ц Ov
3. Определяем номинальное напряжение вольтметра
U/U„-=m, С'= ш/7и= 1000-0,3=300 В.
Пример 9. Рассчитать сопротивление Rlt R2, R3 участков добавочного ре-
зистора Ras многопредельного вольтметра (см. рис. 25, б) и мощности, потреб-
ляемые прибором на каждом пределе измерения, если сопротивление рамки из-
мерительного механизма равно 50 Ом, ток полного отклонения стрелки составля-
ет 5 мА, пределы измерения 5, 30 и 150 В.
Решение. 1. Определяем напряжение полного отклонения стрелки измери-
тельного механизма
150
600.
U„ = R„ /„ = 50-0,005 = 0,25 В.
2. Вычисляем множители mt, т2 и т3 добавочных резисторов для каждого
предела измерения и напряжения:
£Л 5 ™ /А 30 Уз
т,=----=--------=20; тг =------=--------= 120; т«=— — . —
1/„ 0,25 0,25 3 //„ 0,2a
3. Вычисляем сопротивление резистора /?/:
/?! = Rni = R„ (m, _ 1) = 50 (20 — 1) = 950 Ом.
4. Вычисляем сопротивление резистора R2:
Ri = /?дг — /?Д1 = /?„ (ш2 — 1) — Р, = 50 (120— 1)—950 = 5000 Ом.
5. Находим сопротивление резистора R3:
R3 = Rtu— Rn> = Rn (тз— О — /?д2 = 50 (600— 1)— 5950 = 24 000 Ом.
6. Вычисляем мощности, потребляемые прибором на каждом пределе из-
мерения:
5
/ = 5-0,005 = 0,025 Вт;
Р2=/А /=30-0,005 = 0.15 Вт;
Р3 = (/,/ = 150-0,005=0,75 Вт.
Температурная компенвация. Температура внеш-
ней среды оказывает влияние на работу электроизмерительного при-
бора. Особенно сказывается влияние температуры на сопротивление
проводников, образующих электрическую цепь прибора.
В случае включения магнитоэлектрического измерительного при-
бора — микроамперметра или миллиамперметра — без шунта в цепь
ток проходит по рамке прибора и изменение сопротивления медной об-
48
мотки рамки практически не
влияет на величину тока, завися-
щего от сопротивления всей цепи.
Если же прибор включается а
шунтом (амперметр), то изменение
температуры приводит к измене-
нию сопротивления медной обмот-
ки рамки (температурный коэф-
фициент меди afM = 0,44%). Со-
противление же манганинового
шунта (температурный коэффицие!
Рис. 27. Схемы температурной ком-
пенсации
atMB « 0) практически остается
постоянным. Поэтому происходит изменение распредел'ения токов
в параллельных ветвях, следовательно, изменяется шунтирующий
множитель и возникает погрешность в показаниях прибора.
Для устранения погрешностей вследствие, влияния температуры
в магнитоэлектрических амперметрах последовательно с рамкой изме-
рительного механизма включают добавочный резистор гд (рис. 27, а),
выполненный из манганиновой проволоки. Благодаря этому относи-
тельное изменение сопротивления цепи рамки измерителя по сравне-
нию с сопротивлением цепи шунта уменьшается. Следовательно,
уменьшается и относительное изменение тока /„, протекающего в це-
пи рамки прибора в сравнении с током /ш шунта. Такое включение
добавочного резистора называют температурной компенсацией.
Схемы температурной компенсации могут быть и более сложные
в зависимости от класса точности и назначения измерительного при-
бора. В вольтметрах, как было рассмотрено выше, применяются до-
бавочные резисторы из манганиновой проволоки. Они одновременно о
расширением предела измерения обеспечивают достаточную темпера-
турную компенсацию.
В современных милливольтметрах невысокого класса точности
применяют термокомпенсаторы (рис. 27, б). Термокомпенсатор со-
стоит из полупроводникового термосопротивления ТС и резистора R
из манганина, соединенных между собой параллельно и включенных
последовательно с прибором. Такая схема имеет почти линейную
зависимость от температуры в границах 20 ± 101С и обеспечивает на-
дежную температурную компенсацию.
§ 22. ПРИБОРЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ
Общая схема устройства измерительного механизма прибора элек-
тромагнитной системы с плоской катушкой приведена на рис. 9, а в
§12 помещено описание, поясняющее назначение деталей измеритель-
ного механизма При протекании электрического тока по обмотке
неподвижной катушки 1 (рис. 28) возникает магнитное поле, замыкаю-
щееся через узкую щель каркаса катушки. Против щели на оси рас-
положен сердечник 4 из мягкого ферромагнитного материала, кото-
рый намагничивается полем катушки и втягивается в щель каркаса,
поворачивая ось со стрелкой 2,
49
Рис. 28. Схема устройст-
ва измерительного меха1
низма электромагнит-
ной системы с плоской
катушкой
Сила F, действующая на сердечник, про-
порциональна произведению значений маг-
нитной индукции Bj в щели катушки и В2 в
сердечнике
F = kBxB2,
Приближенно можно считать, что величи-
ны магнитной индукции пропорциональны
силе тока /, обтекающего обмотку катушки
Bi=kxl и B2=k2l. Следовательно, сила F,
создающая вращающий момент, поворачиваю-
щий ось измерительного механизма, а зна-
чит, и вращающий момент М пр будут про-
порциональны квадрату силы тока:
F = k3F-, MBp = kJ*.
Направление силы F не зависит от рола
тока, проходящего по катушке. При включе-
нии катушки в цепь переменного тока одно-
временно с изменением направления тока в лей, меняется направле-
ние магнитного потока, а следовательно, и полярность сердечника,
который втягивается в щель катушки.
Противодействующий момент в измерительном механизме, создавае-
мый спиральной пружиной 6, пропорционален удельному противодей-
ствующему моменту D пружины и углу а поворота подвижной части
механизма Мпр = Da.
При равновесии системы колебания подвижной части прекращают-
ся благодаря действию воздушного успокоителя 5 и стрелка 2 указы-
вает значение измеряемой величины по шкале 3.
Угол а отклонения стрелки от нулевого положения находят из
равенства моментов:
Л1вр = Мпр; fe4/2 = Da,
откуда
F = kJ*.
D 3
Коэффициент пропорциональности kb определяется конструктив-
ными данными измерительного механизма.
Как следует из последнего выражения, угол поворота подвижной
части (и стрелки) пропорционален квадрату силы тока, поэтому шкала
у приборов электромагнитной системы начинается с 20—25% ее верх-
него предела.
Кроме измерительных механизмов с плоской катушкой, в совре-
менных приборах электромагнитной системы широко используются
измерительные механизмы с круглой катушкой (рис. 29). Такой меха-
низм состоит из неподвижной катушки 9, помещенной в экран 8, вну-
три которой неподвижно укреплена пластинка 11 из мягкого ферро-
магнитного материала. Вторая подобная пластинка 12 жестко скреп-
лена с осью 13 и размещена над пластинкой 11, не касаясь ес. Ось
50
упирается в подпятники 1 и 10. На оси укреплены указательная стрел-
ка 5 и алюминиевый лепесток 4 магнитоиндукционного успокоителя,
расположенный над полюсами постоянного магнита 6. С осью жестко
скреплена противодействующая пружина 3, противоположный конец
которой припаян к рычажку корректора 2.
При протекании тока по катушке 9 пластинки 11 и 12 намагничи-
ваются одинаковой полярностью и, отталкиваясь, создают вращаю-
щий момент. Противодействующий момент обеспечивается спиральной
пружиной 3. При равенстве моментов стрелка указывает на шкале 7
значение измеряемой величины. Балансные грузики 14 служат для
уравновешивания подвижной части измерительного механизма.
В лабораторных измерительных приборах с круглой катушкой
подвижную часть прибора укрепляют па растяжках, благодаря чему
повышается чувствительность прибора.
Наиболее широкое распространение получили амперметры и вольт-
метры электромагнитной системы. В них используются описанные вы-
ше измерительные механизмы. Конструктивные различия между ам-
перметрами и вольтметрами заключаются в количестве витков и сече-
нии провода обмоток катушек.
Катушки амперметров в зависимости от номинального тока нама-
тывают изолированным медным проводом диаметром 0,6 мм и боль-
ше. У амперметров с номинальным током порядка 250 А катушка име-
ет один виток из медной шины соответствующего сечения. Приборы
для измерения тока до 5 А имеют обмотку из 40—50 витков изолиро-
ванного медного провода диаметром до 1 мм.
Катушки вольтметров, предназначенных для измерения напряже-
ний, превышающих 100 В, наматываются медным изолированным
проводом диаметром 0,08—0,15 мм. Количество витков катушки бы-
вает до нескольких тысяч. Ток полного отклонения стрелки этих при-
боров достигает 25—50 мА. У вольтметров на небольшие номиналы
напряжений 1,5; 7,5; 15 В катушки
наматывают проводом диаметром до
0,4 мм. Ток полного отклонения
стрелки приборов достигает 200 мА.
У измерительных приборов элек-
тромагнитной системы собственное
магнитное поле очень слабое, поэтому
сильные внешние магнитные поля,
воздействуя на прибор, искажают
результаты измерений. Для устране-
ния этих влияний измерительный
механизм экранируют металлическим
кожухом. С этой же целью в лабо-
раторных приборах применяют аста-
тический измерительный механизм
(рис. 30). Он состоит из двух оди-
наковых последовательно соединен-
ных катушек / и 6, повернутых от-
носительно друг друга на 180е, и
Рис. 29. Схема устройства изме-
рительного механизма электро-
магнитной системы с круглой кэ-
тч шкой
61
Рис. 30. Астатический
измерительным меха-
низм электромагнитной
системы
двух одинаковых ферромагнитных сердечни-
ков 2 и 5, укрепленных на общей оси 3 о
указательной стрелкой 4.
При протекании тока по катушкам 1 и 6
их магнитные ноля Фх и Ф2, равные по ве-
личине, направлены в противоположные сто-
роны. Они создают общий вращающий мо-
мент, поворачивающий ось 3 по часовой
стрелке.
Внешнее магнитное поле Ф8 (если оно
равномерное) не влияет на показания прибо-
ра, так как оно ослабляет поле Ф2 катуш-
ки / и на столько же усиливает поле ка-
тушки 6, так что суммарный результирую-
щий момент не изменяется. К достоин-
ствам приборов электромагнитной систе-
мы следует отнести: пригодность для измере-
ний в цепях постоянного и переменного то-
ков; устойчивость к перегрузкам; простоту конструкции и относи-
тельную дешевизну.
Недостатки приборов следующие: неравномерность шкалы;
большое собственное потребление энергии; зависимость показаний
от влияний внешних магнитных полей.
Приборы электромагнитной системы применяются главным об-
разом в качестве технических контрольных приборов на щитах.
Класс точности их 1,5 и 2,5. Переносные приборы этой системы ис-
пользуются в основном для измерений переменных токов и напряже-
ний в устройствах железнодорожной автоматики и телемеханики,
связи и энергетики. Для лабораторных измерений в КИПах на круп-
ных железнодорожных узлах применяют измерительные приборы
электромагнитной системы класса точности 0,5 при измерениях элек-
трических режимов реле автоблокировки и других устройств.
§ 23. ПРИБОРЫ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
Измерительный механизм прибора электродинамической системы
(рис. 31) состоит из двух катушек. Неподвижную катушку 6 конструк-
тивно часто делят на две половины для того, чтобы обеспечивать бо-
лее равномерное магнитное поле между катушками. В середине не-
подвижной катушки помещена подвижная катушка 7, жестко закреп-
ленная на оси 10. К этой же оси, упирающейся в подпятники 1 и 9,
прикреплена указательная стрелка 4, на нижнем конце которой на-
ходится крыло магнитоиндукционного успокоителя //, помещенное
между полюсами постоянного магнита 13. Подвижная часть прибора
уравновешена грузиками-балансирами 12. Концы обмотки подвиж-
ной катушки 7 присоединены к спиральным пружинам 3 и <8, выпол-
няющим одновременно роль противодействующих элементов и токо-
подводящих проводников. Противоположные концы пружинок со-
52
единены с неподвижной катушкой.
Схема соединения катушек завили от
назначения прибора, о чем сказано даль-
ше. Спиральная пружина <3 прикрепле-
на к рычажку корректора 2.
Успокоение у приборов электродина-
мической системы чаще всего воздуш-
ное, так как собственное магнитное
поле прибора слабое. В приборах, за-
щищенных от внешних магнитных по-
лей экраном, затрудняющим примене-
ние воздушных успокоителей, устанав-
ливаются магнитоиндукционные успо-
коители.
По принципу действия измеритель-
ные приборы электродинамической си-
стемы похожи на приборы магнитоэлек- рис. 31. Схема устройства из-
трической системы и отличаются от НИХ мерительного механизма элект-
тем, что магнитное поле создается не родинамической системы
постоянным магнитом, а измеряемым
током, обтекающим неподвижную катушку. При включении прибора
в цепь измеряемого постоянного тока возникает вращающий момент
/ИВр> пропорциональный силе взаимодействия между током подвиж-
ной катушки и магнитным полем неподвижной катушки М = A"/7.
Известно, что сила F в этом случае определяется из выражения
F = kBl2law2, (24)
где В — магнитная индукция поля неподвижной катушки;
12 — активная длина проводников подвижной катушки;
w2 — число витков этой катушки;
/„ -- сила тока, обтекающего подвижную катушку.
Выразив магнитную индукцию В через напряженность магнитного
поля Н и магнитную проницаемость р и заменив величину Н ее зна-
чением Н — 0,4л1ки\Нъ можно преобразовать выражение (24), опре-
деляющее силу взаимодействия F между катушками,
F = kBl2 /п w2 = kx [iHla = k1 р • 0,4л/н w1 lalllt (25)
где /„ — сила тока в неподвижной катушке.
Постоянные величины, входящие в формулу, зависящие от кон-
струкции прибора, выражают постоянным коэффициентом k2. Тогда
формула (25) принимает следующий вид:
F = Д2/н/п.
Подставив значение F в выражение, определяющее вращающий
момент Мир, получим
Л4 Вр = К F = Kk2i»/ п, или М Вр — Л17ц/ п<
Равновесие подвижной части прибора в процессе измерения на-
ступает при равенстве вращающего и противодействующего моментов
М8р = Л1ир. Подставив значения величин, входящих в написанное
51
равенство, определяют значение угла поворота подвижной части при-
бора
KiIJo = Da,
откуда
а = KilaIa/D, или а = K2IJa, (26)
При измерениях в цепях переменного тока угол поворота под-
вижной части прибора а пропорционален произведению действующих
значений токов в катушках и косинусу угла сдвига фаз между ними
а = Кг1п!п cos ср.
(27)
Рис. 32. Схемы соедине-
ния катушек приборов
электродинамической си-
стемы
Приборы электродинамической системы применяют для измерения
тока, напряжения и мощности.
От назначения прибора зависят число витков и диаметр провода
обмотки катушек, а также схема соединения катушек между собой.
У амперметров электродинамической системы неподвижная катуш-
ка наматывается медным изолированным проводом диаметром 1 —1,5 мм
и имеет несколько десятков витков. Подвижная катушка наматывает-
ся чаще всего тонким (диаметром до десятых долей миллиметра) алю-
миниевым изолированным проводом и состоит из 200—250 витков.
Катушки соединяют параллельно, а в измеряемую цепь включают по-
следовательно (рис. 32, а).
При измерении силы тока / ток в неподвижной катушке /„
составит часть от измеряемого Iu = kJ, а оставшаяся часть тока
/и — k2I потечет по подвижной катушке. В этом случае угол откло-
нения подвижной части прибора а опреде-
лится из равенства (26)
а = K2kJkJ, или а = К3Р.
Следовательно, шкала прибора будет
квадратичной. Практически шкалу прибли-
жают к равномерной подбором формы кату-
шек и их начального взаимного расположе-
ния. Но и при этих условиях рабочая часть
шкалы начинается с 20% от верхнего предела
измерения.
У миллиамперметров катушки соединяют-
ся последовательно, и угол отклонения по-
движной части прибора также пропорцио-
нален квадрату силы измеряемого тока.
Катушки вольтметров электродинамиче-
ской системы соединяют последовательно друг
с другом и с добавочным резистором гд
(рис. 32, б). В цепь для измерений прибор
включают параллельно. Неподвижная катуш-
ка вольтметров разделена на две части. На
54
каждую из них намотано по 1700 витков изолированного медного про-
гола диаметром 0,2—0,27 мм. Подвижная катушка состоит из 200 вит-
ков алюминиевою изолированного провода гакого же диаметра. При
измерении напряжения угол поворота подвижной части вольтметра
определяют из равенства (26). В данном случае токи неподвижной
п подвижной катушек равны. *
Обозначив сопротивления неподвижной и подвижной катушек со-
ответственно гч и гп, сопротивление добавочного резистора гд, напря-
жение, подведенное к прибору U, заменяем произведение токов через
напряжение и сопротивление измерительной цепи
а = Л2 /н /и = /2 = Л'г (--------Y --------------- U\
\ ЛН + Гц + Гд / (Гн + ГП + Гд)2
Первый множитель представляет постоянный коэффициент, за-
висящий от конструктивных данных прибора. Его обозначим тог-
да а — /<,(/< Из полученного результата следует, что шкала у при-
бора квадратичная. Ее приближают к равномерной таким же спосо-
бом, как и у амперметров.
При измерении мощности катушки приборы соединяют по схеме,
показанной на рис. 32, в. Неподвижная катушка ваттметра такая же,
.как н у амперметра, а подвижная — такая же, как у вольтметра.
При включении прибора в цепь и измерении мощности угол поворота
подвижной катушки, а значит, и стрелки прибора определяют из ра-
венства (26), подставляя в него следующие значения величин: ток не-
подвижной катушки /„, равный току нагрузки /; ток подвижной ка-
тушки /п, выраженный через напряжение, подведенное к цепи, и со-
противление цепи подвижной катушки /и = —:
С4 = К2 /„ /и = Кг / —--=-----/и = Кь/и.
гп.~тгп Гп-|-Гд
Из этого выражения следует, что угол отклонения стрелки прибора
пропорционален измеряемой мощности. Если прибор включен в цепь
переменного тока, то угол отклонения будет определяться на осно-
вании равенства (27) средней мощностью
а = I\J U cos <р.
Электродинамические измерительные приборы могут применяться
Для измерений в цепях постоянного и переменного тока, так как из-
менение полярности приводит к одновременному изменению направ-
ления тока в обеих катушках, а направление вращающего момента
остается неизменным.
На показания электродинамических измерительных приборов ока-
зывают влияние внешние магнитные поля, так как собственное пола
прибора слабое. Для защиты от этих влияний используют экраниров-
ку приборов и применяют астатические измерительные механизмы,
похожие по принципу действия на аналогичные механизмы электро-
магнитной системы.
65
Большое количество ампер-витков неподвижной катушки прибо-
ров, необходимое для создания требуемого вращающего момента, при-
водит к значительному потреблению мощности прибором.
Отсутствие в приборе ферромагнитных сердечников и других по-
добных элементов способствует высокой точности показаний. Приборы
электродинамической системы обладают высоким классом точности —
0,05; 0,1 и 0,2 — и применяются во всех случаях точных измерений.
Достоинства приборов следующие: высокая степень точ-
ности; пригодность для измерений в цепях постоянного'и переменного
тока; возможность приближения шкалы к равномерной.
Недостатки: зависимость показаний от действия внешних
магнитных полей; чувствительность к перегрузкам; высокая стоимость.
Приборы электродинамической системы используются главным
образом в качестве переносных лабораторных приборов. Они пред-
назначаются как образцовые при проверке и градуировке техниче-
ских приборов в лабораториях транспортных заводов, в КИПах на
крупных железнодорожных узлах.
§24. ПРИБОРЫ ФЕРРОДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
Рис. 33. Схема устройства изме-
рительного механизма ферроди-
намической системы
Разновидностью измерительных приборов электродинамической’
системы являются приборы ферродинамической системы, предложен-
ные в 1913 г. М. О. Доливо-Добровольским. Принцип действия этих
приборов такой же, как и прибора электродинамической системы.
Отличительная особенность ферродинамических измерительных при-
боров заключается в наличии у них магпитопровода.
Измерительный механизм прибора состоит из неподвижных, со-
единенных между собой катушек 2 (рис. 33), насаженных на сердечник
3 из мягкого ферромагнитного материала. Между полюсами магнито-
провода установлен ферромагнитный
цилиндр 6 подобно устройству при-
бора магнитоэлектрической системы.
Между цилиндром и полюсами маг-
нитопривода образован зазор, в кото-
рый помещена подвижная рамка /,
укрепленная на полуосях. К ней
жестко прикреплена указательная
стрелка 5. Рамка может свободно по-
ворачиваться, не касаясь цилиндра и
магнитопровода. В верхней части
расположена шкала 4. Одна из двух
противодействующих пружин и неко-
торые другие детали механизма на
рисунке не показаны.
В приборах ферродинамической
системы обеспечивается значительно
большая магнитная индукция в срав-
нении с электродинамической систе-
мой, благодаря чему значительно увеличивается вращающий момент,
что приводит к повышению чувствительности.
Наличие магнитопровода и увеличение магнитной индукции спо-
собствуют уменьшению влияния внешних магнитных полей на пока-
зания прибора. Однако в результате применения ферромагнитных
сердечников возникают дополнительные погрешности вследствие вли-
яния гистерезиса и вихревых токов. Показания приборов зависят от
частоты. Поэтому класс точности этих приборов, как правило, невы-
сокий (1,5; 2,5). Успокоение подвижной части магнитоиндукцион-
ное.
Приборы ферродинамической системы применяются чаще всего для
измерений в цепях переменного тока в качестве ваттметров, частото-
меров, фазометров и реже — вольтметров и амперметров. Их устанав-
ливают на щитах и различных пультах управления электроэнер-
гетическими объектами, где эти приборы используются для конт-
роля за электрическими режимами цепей. Механизмы ферродина-
мической системы применяют в устройстве самопишущих приборов
(см. гл. 7).
В последнее время промышленностью выпущены приборы ферро-
динамической системы, в которых применен для сердечника пермал-
лой. Высокая культура технологии производства этих приборов по-
зволила повысить класс точности до 0,5 (ваттметр Д539 завода «Точ-
электроприбор»).
Эти приборы предназначены для измерений в цепях переменного
и постоянного тока и выполнены в виде переносных приборов лабо-
раторного назначения.
Другими типами приборов высокого класса этой же системы яв-
ляются переносные ваттметры Д558 и Д575, класс точности 0,2,
§ 25. ПРИБОРЫ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
В устройстве измерительных приборов электростатической систе-
мы используется принцип взаимодействия между двумя электрически
заряженными металлическими телами, разделенными диэлектриком.
Неподвижной частью прибора (рис. 34) служит система параллель-
но расположенных алюминиевых пластин 6. Подвижная часть в виде
секторообразной алюминиевой пластины 9 укреплена на оси 7, упираю-
щейся в подпятники / и 8, к которой также прикреплена указательная
стрелка 4 и противодействующая пружина <3; ее противоположный ко-
нец припаян к рычажку корректора 2. В нижней части стрелки на-
ходятся балансные грузики 10, уравновешивающие подвижную часть
прибора. Сверху расположена шкала 5.
При подключении прибора к источнику постоянного напряжения
неподвижные пластины заряжаются одноименным зарядом, а подвиж-
ная — зарядом противоположного знака. Между пластинами возни-
кает электрическое поле. Под действием сил этого поля подвижная
пластина, притягиваясь к неподвижным, поворачивается на оси и
входит в зазор между неподвижными пластинами,
57
Рис. 34. Схема устройства измери-
тельного механизма электростатиче-
ской системы
Сила F взаимодействия между
пластинами пропорциональна ве-
личине зарядов неподвижных qtt
и подвижных <7П пластин
F = kxq„qa. (28)
Если предположить, что заряды
пластин равны между собой и ем-
кость прибора С остается неизмен-
ной, то можно написать равенство
<7н = Чп = CU = k2C,
где U — напряжение, подведенное
к прибору.
Подставляя значения зарядов
в выражение (28), получаем
F = k^U2 = k3U2.
Известно, что вращающий мо-
мент пропорционален силе взаимо-
действия F, Мвр = kF = kk3U2 = КС2. Противодействующий мо-
мент, созданный спиральной пружиной,
Л4 пр Da.
Установившееся положение подвижной части определяется ра-
венством моментов = Л1ир или КС2 = Da, откуда
a = K/DU2 = KtU2,
Как видно из полученного результата, угол отклонения стрелки
прибора а пропорционален квадрату измеряемого напряжения. Сле-
довательно, приборы электростатической системы могут измерять
только напряжение и шкала приборов неравномерная — квадратич-
ная. Однако подбором соответствующей формы и размеров неподвиж-
ных и подвижных пластин, а также их взаимного расположения уда-
ется достичь достаточной равномерности шкалы.
Успокоение у приборов электростатической системы может быть
воздушное или магнитоиндукционное. Эти приборы могут измерять
напряжение не только в цепях постоянного, но также и в цепях пере-
менного тока. При включении в цепь переменного тока знаки зарядов
пластин будут изменяться с изменением тока в цепи. Направление
вращающего момента остается при этом без изменения. Показания при-
бора будут зависеть от среднего значения вращающего момента за
период, пропорционального квадрату измеряемого напряжения.
На показания электростатических измерительных} приборов не
оказывают влияние внешние магнитные поля, температура и частота
измеряемого напряжения. Однако внешние электрические поля за-
метно влияют на результат измерений, так как собственное электриче-
ское поле у приборов невелико. Приборы этой системы потребляют ни-
58
чтожно малую энергию. При измерении на постоянном токе потребляе-
мая прибором энергия практически равна нулю.
В настоящее время промышленность выпускает электростатиче-
ские приборы — вольтметры с измерительными механизмами, у кото-
рых подвижная часть укреплена на растяжках, благодаря чему уве-
личивается чувствительность приборов. Класе точности приборов
не превышает 1,5. .
Достоинствами электростатических вольтметров являют-
ся: ничтожная потребляемая мощность; пригодность для измерений в
цепях постоянного и переменного тока; независимость показаний от
внешних магнитных полей, частоты и формы кривой измеряемого на-
пряжения.
К недостаткам относятся: зависимость показании от внеш-
них электрических полей и низкая чувствительность.
Отечественной промышленностью выпускаются однопредельные,
лабораторные электростатические вольтметры типа С50, класса 1,
с верхними пределами измерения от 30 В до 3 кВ и трехпредельные —
типа С101, класса 1,5 , с верхними пределами измерения 100—200 —
300 кВ.
Электростатические вольтметры могут применяться для лабора-
торных измерений в устройствах радиосвязи и проводной связи,
в цепях высокой частоты, а также в области ультразвуковых частот.
§26. ПРИБОРЫ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
Термоэлектрический измерительный прибор представляет собой
термоэлектрический преобразователь, соединенный с измерительным
механизмом магнитоэлектрической системы.
Принцип действия измерительного прибора термоэлектрической
системы заключается в том, что измеряемый электрический ток, про-
порциональный измеряемой электрической величине, проходя по на-
гревателю /—2 (рис. 35, а), подогревает горячий спай 5 термопары,
вследствие чего возникает термо-э. .д. о., создающая ток в цепи измери-
теля И.
Нагреватель 1—2 изготовляют из платиноиридиевой или констан-
тановой проволоки. Для устройства термопары применяют два разно-
родных проводника: чаще всего железную 3—5 и константановую
4—5 проволоки, концы которых сварены в точке 5, а к противополож-
ным концам 3 и 4 присоединен измерительный механизм И.
Рис. 35. Схемы приборов термоэлектрической системы
Для изготовления термопар используют также и другие металлы:
манганин-константан, хромель-константан, хромель-копель, золото-
палладий, платина-платиноиридий и некоторые другие материалы,
обеспечивающие величину термо-э. д. с. 50 мкВ при нагреве места спая
на Г С.
Для получения большей термо-э. д. с. в одном термопреобразова-
теле применяют несколько последовательно соединенных термопар
(рис. 35, в).
Термопреобразователи е одной термопарой подразделяются на
контактные и бесконтактные. В контактном преобразователе
(см. рис. 35, а) к середине нагревателя 1—2 приварено место спая тер-
мопары 5, называемое горячим спаем. Противоположные концы тер-
мопары 3 и 4, называемые холодными спаями, соединены с измерителем
И. Контактный термопреобразователь обладает высокой чувствитель-
ностью, однако величина развиваемой им термо-э. д. с. небольшая, по-
этому измерительный механизм должен обладать очень высокой чув-
ствительностью. Кроме этого, величина термо-э. д. с. таких термо-
преобразователей зависит от направления тока в нагревателе (это
особенно проявляется при измерениях в цепях постоянного тока).
В бесконтактном термопреобразователе (рис. 35, б) горячий спай
5 термопары отделен от нагревателя /—2 изоляционным материалом —
стеклом. Такой термопреобразователь свободен от недостатков, при-
сущих предыдущему термопреобразователю, но обладает более низкой
чувствительностью. Для повышения чувствительности термопреобра-
зователей и устранения влияния окружающей температуры в прибо-
рах, предназначенных для измерений малой силы тока, термопреоб-
разователи помещают в стеклянный баллон, из которого откачан
воздух.
Термо-э. д. с. Е, развиваемая термопреобразователем, пропорцио-
нальна тепловой мощности RHP, выделяемой током в нагревателе,
поэтому Е ~ kjR„P, где k} — коэффициент пропорциональности меж-
ду термо-э. д. с. и мощностью, рассеиваемой нагревателем. Он зависит
от материалов термопары, окружающей температуры и конструкции
термопреобразователя.
Силу тока, протекающего через измеритель "И, можно определить
по закону Ома
/0 - E/R = kxRKPIRt
где R — общее сопротивление цепи термопары и измерителя.
Заменив в этом выражении все величины, кроме /, коэффициентом
£т и подставив результат в уравнение (22), определим угол отклонения
стрелки прибора
а □= k р или а = Skr Р.
D т
Из этого выражения следует, что приборы термоэлектрической си-
стемы применимы для измерений в цепях постоянного и переменною
тока. Шкала у приборов неравномерная.
60
Рис. 36. Термоэлектрический амперметр с от-
дельным преобразователем
как они измеряют, как правило, дейст-
Достоинства при-
боров термоэлектрической
системы следующие: пока-
зания приборов не зависят
от частоты в широких пре-
делах, так как индуктив-
ность и емкость термопре-
образователей ничтожно
малы; возможность изме-
рения в цепях токов высо-
кой частоты; независимость
показания от формы кри-
вой измеряемого тока, так
вующее значение переменного тока; высокая чувствительность.
Недостатки: чувствительность к перегрузкам, что приводит
к выходу из строя термопреобразователя; невысокая точность — не
выше класса 1,0; зависимость показаний от внешней температуры.
Приборы термоэлектрической системы чаще всего применяются
для измерения тока, например, амперметры Т12 или миллиамперметры
Т13, щитовой амперметр Т26М (рис. 36), в цепях высокой и звуковой
частоты. Их используют в устройствах железнодорожной радиосвязи
и дальней телефонной связи. Также применяются термоэлектрические
амперметры в установках для высокочастотной закалки и плавки ме-
'таллов.
Термоэлектрические измерительные приборы находят широкое
применение в качестве вольтметров (термовольтметры Т131, Т132 и
многопредельный милливольтметр Т130 используют для измерений
в цепях высокой и звуковой частоты).
§ 27. ПРИБОРЫ ВЫПРЯМИТЕЛЬНОЙ (ДЕТЕКТОРНОЙ) СИСТЕМЫ
Измерительный прибор выпрямительной (детекторной) системы со-
стоит из выпрямителя, преобразовывающего переменный ток в постоян-
ный, называемого детектором, и измерительного механизма (измерителя)
магнитоэлектрической системы.
Из существующих видов детекторов для измерительных приборов
используют меднозакисные (купроксные) и кристаллические (герма-
ниевые) детекторы, обладающие резко выраженной односторонней
проводимостью. Выпрямительную способность детектора характери-
зует коэффициент выпрямления К, представляющий собой отношение
тока, проходящего через детектор в прямом направлении /пр к току
обратного направления 7обр:
К ^ир/^обр"
Значение коэффициента К у купроксного детектора при напряже-
ниях 0,2—0,3 В, подведенных к нему, достигает 100. Это значит, что
юк в обратном направлении в 100 раз меньше тока в прямом направ-

Рис. 37. Схемы приборов детекторной
системы
лении. Напряжение, подведен-
ное к детектору, не должно пре-
вышать 1 В.
Недостатком купроксных де-
текторов является значитель-
ная величина емкости между
медью и закисью меди (до
0,02 мкФ на 1 см площади со-
прикосновения). Это приводит
к большим погрешностям при
использовании купроксов для
измерений в цепях с повышен-
ной частотой.
В современных вольтметрах применяют детекторы, позволяющие
измерить напряжение частотой до 100 кГц. Расширить частотный диа-
пазон до десятков мегагерц возможно при использовании кристалличе-
ских (германиевых) детекторов, емкость которых имеет очень малую
величину (около 1 пФ).
Самая простая схема прибора детекторной системы приведена на
рис. 37, а. Ток через измеритель И проходит в течение одного полупе-
риода благодаря наличию в цепи детектора Д/. При изменении по-
лярности приложенного к прибору напряжения ток проходит в обрат-
ном направлении через резистор R и детектор Д2, шунтирующие изме-
ритель И и защищающие детектор Д1 от пробоя обратным напряжени-
ем. Рассмотренную сЯему называют схемой однополупериодного
выпрямления.
Повысить чувствительность прибора можно путем включения де-
текторов по двухполупериодной схеме (рис. 37, б). При таком вклю-
чении ток через измеритель И проходит в течение обоих полупериодов
напряжения, подведенного к схеме. Направление тока в течение пер-
вого полупериода показано сплошными стрелками, а в течение вто-
рого полупериода — пунктирными.
Измерительные приборы детекторной системы отличаются высокой
чувствительностью и малыми потерями.
К недостаткам приборов следует отнести невысокую
точность и зависимость показаний от формы кривой измеряемого на-
пряжения или тока.
Последнее обстоятельство объясняется инерцией подвижной части
измерителя магнитоэлектрической системы, вследствие чего угол по-
ворота ее пропорционален среднему значению выпрямленного тока
/ер и согласно уравнению (18) при двухполупериодном выпрямлении
«2 = ^/ср, (29)
а при однопол упер иодном выпрямлении средний ток в 2 раза меньше,
следовательно,
_ fiSbi-’ /Ср
1 D 2
62
Шкалы приборов детекторной системы обычно градуируют в дейст-
вующих значениях тока / = /<ф/ср, где /<ф = ///ср — коэффициент
формы кривой, поэтому угол поворота подвижной части прибора будет:
Bsw . Bsw ,
а2 —-----/ и а, —----/ или
ОКф й2Кф
а2 = — / и а, = —/.
Кф 2Кф
Так как приборы выпрямительной системы градуируют при сину-
соидальной форме кривой, для которой = 1,11, то при измерениях
в цепях переменного тока с несинусоидальной формой возникают до-
полнительные погрешности.
Приборы выпрямительной системы обладают невысоким классом
точности — 4,0 (Ц55; Ц4314). Чаще всего класс точности достигает
2,5 (Ц57; Ц130; Ц4313; Ц4312), а у некоторых типов приборов— 1,0
(Ц433; Ц4311).
Широкое применение выпрямительные приборы находят в лабора-
торной практике, а также при обслуживании устройств железнодорож-
ной автоматики, телемеханики, проводной и радиосвязей в качестве
переносных комбинированных приборов — ампервольтметров (напри-
мер, Ц4312, Ц4313, ТЛ-4 и др.).
§ 28. ПРИБОРЫ ЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМЫ
Назначение и принцип действия ламповых вольтметров. Любой
прибор электронной системы состоит из показывающего измеритель-
ного механизма (измерителя), соединенного с электрической схемой,
включающей одну или несколько электронных ламп.
В приборах электронной системы, как правило, цспользуются чув-
ствительные измерительные механизмы магнитоэлектрической системы
(ток полного отклонения стрелки 100—500 мкА), а в последнее время
также стали применяться измерители электростатической системы-
При помощи приборов электронной системы могут измеряться раз.
личные электрические величины: напряжение, сопротивление, часто-
та и т.п., но наиболее широкое распространение получили элек-
тронные ламповые вольтметры
для измерения переменных напря-
жений.
Принцип действия лампового
вольтметра основан на использова-
нии. выпрямительных свойств элек-
тронной лампы. Простейший вольт-
метр состоит из двухэлектрод-
ной электронной лампы — диода
(рис. 38, а), соединенного последо-
вательно с измерителем И парал-
лельно к которому подключен
конденсатор С,
Рис. 38. Схема и график, поясняю-
щие принцип действия лампового
вольтметра
63
Измеряемое переменное напряжение ~ U подают на входные за-
жимы прибора. Диод выпрямляет его и через лампу проходит пульси-
рующий ток (рис. 38, б). Через измеритель пройдет постоянная состав-
ляющая тока /а0, а через конденсатор С замыкаются гармонические
составляющие выпрямленного тока. Так как постоянная составляющая
тока /ао пропорциональна измеряемому напряжению ~ U, то шкала
измерителя может быть проградуирована в величинах переменного
напряжения.
Простейший вольтметр обладает малым входным сопротивлением,
узким диапазоном измерения напряжения и некоторыми другими не-
достатками. Поэтому современные ламповые вольтметры имеют более
сложную схему, свободную от перечисленных недостатков.
Классификация ламповых вольтметров. При изучении ламповых
вольтметров их удобно подразделять по принципу построения схемы,
по системе входных устройств и по режиму детектирования.
Построение схемы ламповых вольтметров.
Ламповые вольтметры по построению схемы можно разделить на две
разновидности. У вольтметров первого вида ламповый детектор вклю-
чен на входе прибора, затем включен усилитель постоянного тока, к вы-
ходу которого присоединен измеритель магнитоэлектрической системы
(тип вольтметра — детектор-усилитель). В вольтметрах другого вида
к входу подключен усилитель переменных напряжений, а затем детек-
тор с измерителем (тип вольтметр-усилитель-детектор). Шкалы изме-
рителей у обоих типов вольтметров проградуированы в действующих
значениях синусоидального напряжения.
Системы входных устройств ламповых
вольтметров. Свойства ламповых вольтметров во многом за-
висят от схем их входных цепей. Существуют две разновидности схем:
с открытым входом и с закрытым входом.
Схема с открытым входом (рис 39, а) позволяет измерять как по-
стоянную, так и переменную составляющие напряжения, при этом
измеряемая цепь должна обеспечивать путь для выпрямленного тока.
Измеряемое переменное напряжение ~ 0 подается к входным эажи-
мам прибора. Диод Д пропускает ток только в одном направлении,
благодаря чему накапливается заряд на пластинах конденсатора С.
Рис. 39. Схемы входных цепей и ком-
пенсации начального тока ламповых
вольтметров
Зарядившись, конденсатор медлен-
но разряжается через большое <о-
противление резистора Ra и изме-
ритель И. Ток, протекающий через
цепь измерителя, пропорционален
напряжению на конденсаторе, ко-
торое зависит от подведенного на-
пряжения ~ U.
В схеме с закрытым входом
(рис. 39, б) при наличии перемен-
ного напряжения ~ U на вход-
ных зажимах конденсатор С заря-
жается через диод Д1. Разряд кон-
денсатора происходит через рези-
64
стор Rn, измеритель И и внешнюю цепь, от которой полается напря-
жение ~ U. Вс время заряда конденсатора ток через цепь измерителя
не проходит, так как она шунтируется малым сопротивлением диода
Д1 в проводящем направлении.
Вольтметр с закрытым входом измеряет только переменную со-
ставляющую напряжения, а показания измерителя зависят только от
переменного напряжения ~ U, поданного на входные зажимы прибора.
Путь постоянной составляющей преграждает конденсатор С.
Важной характеристикой лампового вольтметра является его
входное сопротивление, состоящее из активной и ре-
активной составляющих. Активная составляющая определяется сопро
тивлением утечки конденсатора, сопротивлением самой электронной
лампы и сопротивлением диэлектрических потерь. Реактивная сос-
тавляющая зависит от входной емкости, образованной между электрод-
ной емкостью лампы, емкостью входных зажимов, емкостью и индуктив-
ностью соединительных проводов. Активная составляющая входного
сопротивления лампы зависит от частоты; так, на частоте 50 Гц она
составляет до 10 МОм, а с повышением частоты падает и на частоте
около 100 МГц достигает примерно 50 кОм.
Для уменьшения влияния на работу лампового вольтметра индук-
тивности и емкости входной цепи, а следовательно, и для расширения
его частотного диапазона входная цепь прибора — электронная лам-
па, работающая в режиме детектора, выполняется в виде отдельного
выносного устрой с тв а, называемого пробником.
Выпрямленное детектором, вмонтированным в пробник, напряжение
подается по соединительному кабелю костальной части схемы прибора.
Режимы детектирования ламповых вольт-
метров. Чаще всего в ламповых вольтметрах используют диодное
и реже анодное детектирование. В зависимости от схемы включения
электронной лампы, работающей в качестве детектора, и режима ее
работы можно получить вольтметр, обладающий определенными свой-
ствами. Наиболее широкое распространение получили в схемах лам-
повых вольтметров амплитудные, линейные и квадратичные детек-
торы.
Работу амплитудного детектора в диодом можно иллюстрировать
схемой, приведенной на рис. 39, а. При подаче на вход схемы измеряе-
мого переменного напряжения ~U в течение начального положитель-
ного полупериода его диод открыт и происходит заряд конденсатора С.
Конденсатор зарядится до наибольшего значения напряжения Uc,
отмеченного точкой g на графике (рис. 40). Затем напряжение
уменьшается и становится меньше напряжения Uc на конденсаторе.
При этом запирается диод, так как потенциал его анода становится
меньше потенциала катода, к которому присоединен конденсатор С.
Поэтому конденсатор разряжается на цепь измерителя (резистор /?д,
измеритель И). Величину сопротивления цепи измерителя /? = /?„ +
-4- Ru выбирают такого значения, чтобы постоянная времени т = RC
была значительно больше периода Т, измеряемого напряжения ~U,
подведенного к диоду. При этих условиях разряд конденсатора про-
исходит медленно и напряжение 0с на его обкладках, уменьшаясь за
3 Зак 1970
65
время разряда, остается очень близким по величине к амплитуде под-
веденного к диоду напряжения ~U, до величины которого зарядился
конденсатор вначале.
Когда напряжение на конденсаторе Uc при разряде становится мень-
ше напряжения ~U (точка е па графике), диод отпирается и через не-
го проходит ток i, подзаряжающий конденсатор. Напряжение на кон-
денсаторе увеличивается (точка к на графике), а затем процесс повто-
ряется. Следовательно, напряжение, подведенное к цепи измерителя,
изменяется по кривой, показанной на графике сплошной линией. t
Среднее значение этого напряжения U', подведенное к измерителю,
остается близким к амплитудному значению напряжения ~U.
Показания амплитудного вольтметра пропорциональна амплиту-
де измеряемого напряжения. Шкала у прибора линейная и градуи-
руется в действующих значениях синусоидального напряжения. 11ри
измерении же несинусоидальных напряжений возникают погрешности
в определении величины напряжения. Если амплитудным вольтметром
измерять напряжение произвольной формы, то, умножая показания
вольтметра на У2, можно определить максимальное значение измеряе-
мого напряжения.
Амплитудные вольтметры чаще всего имеют закрытый вход
(см. рис. 39, б). Принцип действия схемы уже был рассмотрен
ранее.
В ламповых вольтметрах с вакуумными диодами возможен началь-
ный ток в анодной цепи диода даже при отсутствии напряжения на ано-
де, что приводит к отклонению стрелки измерителя на некоторый угол
от нуля. Это объясняется тем. что некоторые электроны, испускаемые
катодом и обладающие определенной начальной скоростью, достигают
анода, образуя ток в его цепи.
Для устранения начального тока используют такой же вакуум-
ный диодД2, соединенный последовательное регулируемым резистором
Ro (см. рис. 39, б). Этот диод подключаю! в точках б и г к измерителю (
И. Начальный ток диода Д2 направлен через измеритель от точки д
к точке г. Его направление противоположно направлению начального
тока, создаваемого диодом Д1 (от точки г к точке б). Регулируя ве-
личину сопротивления резистора Ro, можно уравнять начальные токи
обоих диодов, благодаря
чему стрелка измерителя
установится на нуле
шкалы.
Характерной особен-
ностью лине йн о г о
диодного детек-
тора (см. рис. 39, в) яв-
ляется наличие в анодной <
цепи резистора R, величи-
на сопротивления которого
значительно больше вну-
треннего сопротивления
Рис. 40. График, поясняющий принцип дейст-
вия амплитудного вольтметра
66
Рис. 41. Схема и график, поясняющие принцип действия триод-
ного вольтметра
лампы Rt. Включение резистора R способствует уменьшению влия-
ния квадратичного участка характеристики диода, т. е. она становит-
ся более прямолинейной. Ток через диод уменьшается, так как часть
нгшряжения падает па резисторе R.
ЛАгновенное значение тока i, проходящего в цепи, в этом случае
линейно зависит от напряжения и может быть определено из соотно-
шения i = u/R. Тогда среднее значение тока /ср будет зависеть от
среднего за период значения Ucp положительной полуволны измеряе-
мого напряжения ~U, т. е. /ср = Ucp/R. Следовательно, вся шкала
вольтметра будет линейной.
При небольшой величине сопротивления резистора R шкала при-
бора будет кваратичной и показания его будут соответствовать эф-
фективным значениям измеряемого напряжения. Это происходит
вследствие увеличения динамической характеристики диода, в ре-
зультате чего увеличивается влияние квадратичного участка харак-
теристики. При работе лампы па квадратичном участке характеристи-
ки среднее значение тока в ее анодной цепи (проходящего через изме-
ритель И) будет пропорционально квадрату действующего значения
положительной полуволны измеряемого напряжения.
Кроме диодных детекторов, в ламповых вольтметрах применяют-
ся трехэлектродные лампы, работающие в режиме анодного
детектирования на квадратичном участке характеристики.
Схема простейшего вольтметра с триодом приведена на рис. 41, а,
а график, поясняющий работу схемы, — на рис. 41, б.
При отсутствии измеряемого напряжения ~U через лампу Л
и измеритель И проходит ток покоя Iа0, вследствие чего часть шкалы
прибора остается неиспользованной, так как стрелка измерителя
отклонится от нулевого положения. Для установки стрелки на нуль
применяют компенсационную цепь, состоящую из источника Ек и
регулируемого резистора R„, работающую подобно компенсационной
Цепи диодного вольтметра. При подаче измеряемого переменного на-
пряжения на входные зажимы прибора в анодной цепи появится
пульсирующий анодный ток. Стрелка измерителя И отклоняется под
Действием приращения постоянной составляющей анодного тока Д/а,
.8* 67
определяемой как разность /ср — /ао, где /ср — постоянная состав-
ляющая пульсирующего анодного тока.
Величина А/ = /ср — /а0 зависит от величины действующего
значения измеряемого напряжения ~1/, так как лампа работает на
участке характеристики, подчиняющемуся квадратичному закону.
Результат математического анализа зависимости А/ = / ((/) при-
водит к следующему выводу: А/ = kU2. Поэтому шкала прибора бу-
дет квадратичной.
Вольтметры с триодом обладают более высокой чувствительностью
(за счет усиления с помощью триода) и высоким входным сопротивле-
нием. Однако на их работу влияет старение ламп, что приводит к на-
рушению градуировки, а колебание напряжения источников питания
нарушает стабильность ламповой характеристики Эти же факторы
влияют на компенсацию начального тока измерителя И. Для обеспе-
чения устойчивой компенсации начального тока в ламповых вольтмет-
рах с анодным детектированием применяют мостовые схемы с отри-
цательной обратной связью (рис. 42).
Лампы Л1, Л2 и резисторы Rl, R2, R3 образуют мост. В одну
из диагоналей моста включен измеритель И магнитоэлектрической
системы последовательно с добавочным резистором R4. Резисторы R1
и R2 плеч моста служат одновременно элементами цепи обратной свя-
зи. Переменный резистор R3 используется для предварительной ба-
лансировки моста перед измерением. При подаче на сетку детекторной
лампы Л1 измеряемого переменного напряжения нарушается
балансировка схемы и отклоняется стрелка измерителя И, показы-
вая соответствующее значение измеренного напряжения.
Ввиду недостатков, присущих триодным ламповым вольтметрам
с анодным детектированием, они применяются сравнительно редко.
Преимущества и недостатки ламповых вольтметров. Благодаря
применению усилителей в схемах ламповые вольтметры обладают вы-
сокой чувствительностью и ничтожным собственным потреблением
энергии от измеряемой цепи, т. е. высоким входным сопротивлением,
что выгодно отличает их от приборов других систем. Отсутствие индук-
тивностей и ферромагнитных элементов в схемах вольтметров допус-
кает измерение напряжений в широком диапазоне частот. Ламповые
вольтметры нс боятся перегрузки,
Рис. 42. Мостовая схема лампового
рольтметра
что объясняется свойствами элек-
тронных ламп и построением
принципиальной схемы прибора.
Так как шкалы вольтметров
градуируются в действующих
значениях синусоидального на-
пряжения, то при измерении не-
синусоидальных напряжений,
содержащих вторую и третью
гармоники основной частоты, в
показаниях вольтметров появ-
ляется дополнительная ошибка.
Величина ее зависит от величи-
ны амплитуды и фазы гармоник,
68
а также от режима детектирования, примененного в вольтметре. Так,
ламповые вольтметры, работающие в режиме класса С, очень чувстви-
тельны к гармоникам, особенно если пиковое значение гармоники сов-
падает с пиковым значением измеряемого напряжения (третья гармо-
ника). Если измеряемое напряжение содержит вторую (четную) гар-
монику, то отрицательная и положительная полуволны измеряемо-
го напряжения в общем случае различны, поэтому при перемене про-
водов местами па входе вольтметра показания его изменяются.
Ламповые вольтметры, работающие в режиме квадратичного детек-
тирования, показания которых пропорциональны действующим зна-
чениям измеряемого напряжения, дают правильные показания при
любой кривой измеряемого напряжения.
К недостаткам ламповых вольтметров также следует отнести срав-
нительно невысокую точность показания (1—2,5%), необходимость
источников питания и дополнительной регулировки при замене ламп
в случае возникновения погрешности показаний выше допустимой.
Область применения ламповых вольтметров. Благодаря большому
входному сопротивлению, весьма ничтожному собственному потреб-
лению энергии от измеряемой цепи и широкому частотному диапазо-
ну ламповые вольтметры широко используются для измерения на-
пряжений в радиоаппаратуре, аппаратуре и установках проводной
связи и в различных электрических цепях с большим сопротивлением
и малой электрической мощностью. Кроме того, ламповые вольтметры
применяют встроенными в аппаратуру, измеряющую физические ве-
личины, преобразованные в напряжение; например: частотомеры, из-
мерители линейных искажений, указатели уровней, мегомметры и дру
гие приборы. В этом случае шкалы вольтметров градуируются в едк
ницах измеряемых величин: герцах, децибелах, мегомах и т. п,
§ 29. РАСШИРЕНИЕ ПРЕДЕЛОВ ИЗМЕРЕНИЯ
ЛАМПОВЫХ ВОЛЬТМЕТРОВ
Пределы измерения ламповых вольтметров можно изменять как
в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения измеряемого н?
пряжения. Увеличение пределов измерения напряжения достигаете’,
применением делителей напряжения на емкостях или сопротивлениях
(конденсаторные и резисторные делители).
В вольтметрах типа детектор-усилитель обычно применяют ем
костный делитель в виде отдельной приставки, как, например, дели
тель ДН-2 (рис. 43, а). Его коэффициент деления 1 : 10, входная ем-
кость не более 4 пФ. Коэффициент деления к определяется по формул/
к = <Шых = 1 + С2'1С1.
Емкость С2' = С2 + СВ![, где Свх — входная емкость лампово*
го вольтметра.
В вольтметрах типа усилитель-детектор используется делител»
с элементами RC (рис. 43, б), вмонтированный в корпус прибора. По
стоянные времени отдельных ячеек одинаковы, т. е, RJC1 — R2C2.
69
Рис. 43. Схемы делителей
напряжения
Уменьшение пределов измеряемых напряжений достигается приме-
нением усилителей постоянного тока (у вольтметров первого типа)
и предварительных усилителей переменного тока (у вольтметров вто-
рого типа). Усилители ламповых вольтметров, должны обладать по-
стоянством коэффициента усиления, а предварительные усилители
не вносить заметных амплитудных, частотных и фазовых искажений.
Усилители постоянного тока применяются в ламповых вольтмет-
рах, предназначенных для измерения напряжений низкой и высокой
частоты. Предварительные усилители используются в вольтметрах,
у которых диапазон частот измеряемых напряжений не более 1 МГц
§ 30. ЛАМПОВЫЙ ВОЛЬТМЕТР ТИПА В'7-17
К группе приборов типа детектор-усилитель относится универсаль-
ный ламповый вольтметр В7-17. Прибор предназначен для измерения
напряжений в цепях постоянного тока от 0,03 до 300 Вив цепях пере-
менного тока от 0,2 до 300 В в частотном диапазоне от 20 Гц до 20кГп.
К прибору придается делитель напряжения ДН-500, с применением
которого пределы измерения постоянного и переменного напряжений
расширяются до 1000 В. Прибором также можно измерять напряжения
в цепях высокой частоты с пробником от 200 мВ до 100 В в частотном
диапазоне 1 кГц 1000 МГц и до 300—1000 В с применением внешнего
делителя ДН-501 в частотном диапазоне 3 кГц — 300 МГн.
Активное входное сопротивление вольтметра при измерении по-
стоянного напряжения не менее 30 МОм; переменного напряжения на
частоте 4 кГц не менее 5 МОм и переменного напряжения высокой ча-
стоты не менее 75 кОм. Входная емкость при измерении с пробником
1,5 пФ, с делителем ДН-501 — 3,0 пФ, а при измерении через вход-
ные зажимы —20 пФ. Основная погрешность прибора в зависимости
от значения и рода измеряемой величины, выраженная в процентах
от конечного значения рабочей части шкалы, не превышает ± 2,5—
4%, или 6%. Кроме измерения напряжений, прибором можно изме-
рять электрические сопротивления от 10 Ом до 1000 МОм.
Вольтметр питается от сети переменного тока напряжением
220 В ± 2%, частотой 50 Гц ± 1%. Мощность, потребляемая от сети,
при номинальном напряжении не превышает 25 В-А.
Универсальный вольтметр В7-17 (рис. 44) состоит из амплитуд-
ного детектора (диод Л1, резистор /?/), помешенного в выносной проб-
ник ВП, и усилителя постоянного тола У ПТ, выполненного на двой-
70
пых триодах (Л2а, Л2б и ЛЗа, ЛЗб) по двухкаскадной балансной
схеме. В катодные цепи выходного каскада включены стабилитроны
Д1 и Д2, обеспечивающие стабильность работы усилителя, при изме-
нениях напряжения питающей сети. В диагональ моста (точки 3 и 4)
включен измерительный прибор ИП — микроамперметр на 100 мкА.
При измерении низкочастотного напряжения пробник вставляется
в гнездо Гн/, а измеряемое напряжение подводится к зажимам Кл1
и КлЗ. Переключатель П1 в положении 2. Напряжение в высокоча-
стотных цепях измеряют при установке переключателя ГН в положе-
ние /, а на пробник надевают ВЧ-насадку. В таком включении полу-
чается амплитудный детектор с закрытым входом. Измеряемое по-
стоянное напряжение подводят к зажимам Кл2 и КлЗ, переключатель
П1 в положении 2.
Выбор рода измерений производят переключателем П1, а пере-
ключения на соответствующий предел измерения — переключателем
П2. На схеме показаны для примера из четырех возможных только два
положения переключателя П1 и из одиннадцати возможных — два
положения переключателя П2, переключающего входной делитель
(резисторы R5, R6, ..., RI2).
Перед измерением схему УПТ уравновешивают с помощью пере-
менного резистора R14 до установки стрелки прибора ИП на нулевую
отметку шкалы. Для устранения влияния начального тока диода на
вход УПТ в анодную цепь диода подается компенсирующее напряже-
ние с делителя (R2, R3, R4), находящегося в блоке питания БП.
Измеряемое напряжение (Д высокой или низкой частоты подает-
ся на вход выносного пробника ВП и выпрямляется диодом Л1.
Высокочастотная составляющая измеряемого напряжения отфиль-
Рис. 44. Упрощенная схема лампового вольтметра В7-17,
71
Рис. 45. Передняя панель вольтметра
В7-17
тровывается фильтром Rl, Cl,
а низкочастотная — фильтром
Rl, С2. Выпрямленное детекто-
ром напряжение поступает через
делитель R5, R6—R12 на сетку
триода Л2а. Для выделения по-
стоянной составляющей напря-
жения служит фильтр R13, С4.
Это напряжение имеет отрица-
тельный знак, поэтому анодный
ток триода Л2а уменьшается, а
напряжение на его аноде увели-
чивается, что приводит к умень-
шению напряжения на аноде
Л2б (учитывая действие рези-
стора R15). При этом появится
разность потенциалов между
точками 1 и 2, следовательно, нарушится равновесие первого ба-
лансного каскада УПТ (лампы Л2а и Л2б), а за этим последует раз-
балансировка второго каскада усилителя (лампы ЛЗа, ЛЗб) и поте-
чет ток через прибор ИП.
Отклонение подвижной части прибора пропорционально амплитуд-
ному значению измеряемого напряжения Uх, но градуировка прибора
выполнена в действующих значениях измеряемого синусоидального
напряжения.
Конструктивно вольтметр выполнен в виде настольного перено-
сного прибора. Он состоит из шасси и разборного кожуха. К шасси
крепятся передняя панель и откидывающиеся задняя и боковые стенки,
на которых укреплены печатные платы с деталями.
На передней панели прибора (рис. 45) расположены: отверстие 1
для вывода соединительного провода, ручка переключателя пределов
измерения 2, ручка переключателя рода работы 3, измерительный стре-
лочный прибор 4, индикатор включения прибора 5, выключатель сети
6, ручка 7 установки стрелки прибора на бесконечность при измерении
сопротивлений, ручка о установки нуля прибора при измерении пере-
менного напряжения, ручка 9 установки электрического нуля при из-
мерении постоянного напряжения й сопротивления, входные зажимы
10, 11, 12, гнездо для пробника 13 (на рисунке пробник в гнезде). Пе-
ред включением прибора для измерений к нему надо обязательно при-
соединить заземление. При измерении высоких напряжений необходимо
строго соблюдать правила техники безопасности.
§ 31. ЭЛЕКТРОННЫЙ МИЛЛИВОЛЬТМЕТР ТИПА B3-38
Прибор относится к группе усилитель-детектор. Он предназначен
для измерения действующего значения синусоидальных переменных
напряжений от 0,1 мВ до 300 В в диапазоне частот от 20 Гц до 5 МГц.
Шкала прибора имеет следующие верхние пределы измерений: 1, 3,
72
10, 30, 100, 300 MB, 1, 3, 10, 30, 100, 300 В. Кроме того, есть отдель-
ная шкала, проградуированная в децибелах. Уровень 0 децибел ра-
вен 0,775 В.
Входное сопротивление милливольтметра в зависимости от пре-
делов измерений на частоте 55 Гц не менее 4—5 МОм; входная емкость
30—15 пФ.
Основная погрешность прибора, выраженная в процентах номи-
нального значения рабочей части шкалы, не превышает ± 2,5—± 4%
в номинальной области частот от 45 Гц до 1 МГц.
Упрощенная структурная схема милливольтметра изображена на
рис. 46. Измеряемое напряжение подается на вход согласующего
усилителя СУ через входной делитель напряжения (С/, ..., С5; R1, ...
..., R5) с коэффициентом деления 1 : 1000. Усилитель выполнен на
лампе и двух транзисторах, последний из которых является эмиттер-
ным повторителем. Коэффициент усиления приблизительно равен трем,
благодаря наличию глубокой отрицательной обратной связи дости-
гается высокая стабильность работы и необходимое-входное сопротив-
ление прибора.
На выходе усилителя включен аттенюатор (С7, R6, .... R16) для
переключения пределов измерения милливольтметра. Он имеет шесть
ступеней по 10 дБ, Переключение производится ручкой /7, общей с
входным делителем напряжения. Затем измеряемое напряжение уси-
ливается широкополосным четырехтранзисторным усилителем ШУ,
коэффициент усиления которого около 300. Благодаря этому прибор
обладает высокой чувствительностью. Для стабилизации коэффициента
усиления в схеме усилителя применена отрицательная обратная связь.
Усиленное измеряемое напряжение поступает в детекторную цепь,
собранную по мостовой двухполупериодной схеме, в которой примене-
ны два полупроводниковых диода Д1 и Д2 (типа Д18) и два резистора
R19 и Rib. В цепи измерителя ИП протекает ток, пропорциональный
Рис. 47. Внешний вид милливольтметра B3-38
измеряемому напряжению,
величину которого указы-
вает стрелка по шкале
прибора.
Питание усилителей СУ
и ШУ осуществляется от
двухполупериодного вы-
прямителя В на диодах
Д226Б. Выпрямленные на-
пряжения + 24 В и
—24 В стабилизированы.
Конструктивно прибор
выполнен в стальном кор-
пусе (рис. 47). На его пе-
редней панели размещены:
входное гнездо 1 шлицкор-
ректора 2, стрелочный из-
мерительный прибор <3,
ручка переключателя пре-
делов измерения 4, инди-
катор включения прибора
5, кнопка включения и выключения прибора 6. На задней стенке мил-
ливольтметра установлен зажим заземления, сетевой предохранитель
и закреплен шнур включения прибора в сеть.
Перед включением прибора для измерений к нему обязательно
присоединяют заземление.
§ 32. ПОНЯТИЕ О ЦИФРОВЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРАХ
В последние годы в технике электрических измерений все более ши-
рокое распространение находят электронные измерительные приборы
с цифровым отсчетным устройством .и аналого-цифровым преобразова-
телем, в котором непрерывная измеряемая величина преобразуется
в пропорциональный ряд импульсов (код), разделенных между собой
очень малыми промежутками времени, т. е. прерывистую, или иначе —
дискретную величину (см. § 10). По дискретным значениям измеряемой
величины производится ее количественная оценка, которую выдает при-
бор на экране в виде числа с определенным количеством значащих
цифр.
В большинстве случаев измеряемые физические величины преобра-
зуются в пропорциональное им напряжение, измеряемое цифровыми
приборами, поэтому принцип их действия можно рассмотреть на приме-
ре цифрового вольтметра, измеряющего напряжение постоянного
тока.
Наибольшее распространение получили цифровые вольтметры ком-
пенсационного типа с время-импульсвым преобразованием (рис. 48, а).
При включении вольтметра из генератора управляющих импульсов
ГИ подается пусковой импульс в генератор пилообразного напряже-
74
ния ГПН (рис. 48, 6), вырабатывающий опорное напряжение t/0 пи-
лообразной формы (график /). Одновременно из блока Г И поступает
пусковой импульс 1 на управляющее устройство УУ, которое откры-
вает электронный ключ ЭК.
Генератор образцовой частоты ГЧ вырабатывает импульсы в ка-
либрованной частотой /0 (график 5). При открытии электронного ключа
импульсы проходят через него и отсчитываются электронным счетчиком
ЭС (график 4).
Измеряемое напряжение (7Х (график /) подается на вход сравни-
вающего устройства СУ, в котором оно сравнивается с опорным на-
пряжением Uo, поступающим из генератора ГПН. В момент равенства
сравнивающее устройство выдает импульсный сигнал 2 (график 2)
на закрытие ключа ЭК. Этим прекращается поступление импульсов
в счетчик и их счет. Следовательно, показание электронного счетчика,
переданное на цифровой индикатор ЦИ, будет соответствовать числу
импульсов в интервале времени Kt (графики / и 4), т. е. пропорцио-
нально измеряемому напряжению Их.
Цифровой индикатор покажет значение измеренного напряжения
в виде светящихся цифр.
По окончании цикла измерения ГПН посылает в блок ЭС импульо
3 сброса показания (график 2), а затем начинается следующий цикл,
фиксирующий изменения измеряемого напряжения. Такой же про-
цесс происходит при измерении переменного напряжения ~U, ко-
торое предварительно преобразуется в постоянное напряжение бло-
ком ПР.
Цифровые приборы применяют для измерения сопротивления, ча-
стоты, сдвига фаз и других величин. Они обладают рядом преимуществ
по сравнению со стрелочными приборами. 'Прежде всего получение ре-
зультата измерения непосредственно в цифровой системе дает возмож-
ность не только произвести визуальный отсчет измеряемой величины,
но также зарегистрировать числовой результат измерения, проанали-
зировать его с помощью цифровых вычислительных машин или пере-
Рис. 48. Структурная схе-
ма цифрового вольтмет-
ра и временные диаграм-
мы, поясняющие его ра-
боту
75
дать на расстояние, по любому каналу проводной и радиосвязи (с вы-
хода электронного счетчика).
Измерения, производимые цифровыми приборами, обладают очень
высокой точностью. Основная погрешность их лежит в пределах
± (0,1 ± 0,005%). Быстродействие электронных приборов достигает
нескольких тысяч измерений в секунду. С применением цифровых при-
боров достигается полная автоматизация измерений, устраняются
субъективные ошибки при отсчете измеряемой величины, обеспечива-
ется возможность получения широкого предела измерений.
К недостаткам цифровых приборов следует отнести сложность
устройства, большие габариты и высокую стоимость.
Есть основание предполагать, что применение новых элементов
и миниатюрных деталей, совершенствование технологии производства
в ближайшее время приведут к устранению отмеченных недостатков.
§ 33. ЦИФРОВОЙ ВОЛЬТМЕТР ТИПА В7-16
Принцип действия универсального цифрового вольтметра типа
В7-16 основан на сравнении измеряемого напряжения с линейно-
нзменяющимся компенсирующим напряжением (см. § 32). Прибор
предназначен для измерения постоянного и переменного напряжений
до 1000 В и сопротивлений до 10 МОм. Основная погрешность изме-
рения напряжения ±(0,1 + 0,1 UK/U^)%, где U„ — конечное зна-
чение установленного предела измерения. Входное сопротивление при-
бора при измерении постоянного напряжения 10 МОм, переменного —
1 МОм.
Измеряемое постоянное напряжение подается на входное уст-
ройство ВУ (рис. 49), в котором с помощью делителя приводится к но-
минальному пределу 1 В и далее поступает на усилитель постоянного
Рис. 49. Структурная схема цифрового вольтметра В7-16
76
тока УПТ, Если измеряется переменное напряжение, то после дели-
теля оно подается на преобразователь ПР, где происходит преобра-
зование переменного напряжения в постоянное, а затем уже постоян-
ное напряжение при соответствующем положении переключателя П
поступает на вход УПТ. Выходная характеристика усилителя обеспе-
чивает создание условного нуля, относительно которого в блоке ком-
параторов КР происходит сравнение пилообразного напряжения с по-
ложительным или отрицательным напряжением постоянного тока.
Блок КР состоит из двух компараторов: сигнального и нулевого,
каждый из которых имеет два входа. На первые входы компараторов
подается пилообразное напряжение от генератора пилообразного
напряжения ГПН. Второй вход нулевого компаратора заземлен. Этот
компаратор срабатывает в момент равенства нулевого потенциала
(потенциала корпуса) с напряжением Uu.
Выходное напряжение УПТ £/вых, связанное линейной зависимо-
стью с величиной и знаком измеряемого напряжения (7Х, поступает на
второй вход сигнального компаратора, который срабатывает в момент
равенства (7ВЫХ = Ua, что равнозначно (7Х — Uи. Интервал времени
т между моментами срабатывания компараторов пропорционален из-
меряемому напряжению t/x.
Устройство автоматики ATM формирует импульсы, отпирающие
логическое устройство УЛ, а также импульсы, управляющие работой
ГПН и К.Р. Работа автоматики, а следовательно, и прибора в целом
синхронизируется от сети.
Сигналы' с выходов К.Р, счетные импульсы от генератора ГСП
и управляющий сигнал от ATM поступают на выход УЛ, где форми-
руется последовательность импульсов длительностью т, заполненных
счетными импульсами. Они поступают на счетный блок СБ, в котором
происходит суммирование счетных импульсов. В зависимости от со-
стояния СБ с помощью индикатора полярности и перегрузки ИПП
определяется полярность измеряемого напряжения, поданного на
вход прибора, и зажигается соответствующий сигнал на индикаторном
табло.
Индикация результата измерения в виде четырех светящихся цифр
на индикаторном табло обеспечивается совместной работой блоков
ИПП, СБ, распределителя РП, катодного дешифратора ДК и блока
индикации БИ. Длительность цикла измерения определяется хрониза-
тором ХРЗ и может регулироваться в пределах 0,1—5 с.
При измерении активного сопротивления, подключенного к входным
зажимам прибора, в нем происходит преобразование величины
в пропорциональное напряжение U^, Питание прибора осуществляет-
ся от блока питания БП, в котором находятся пять выпрямительных
мостов, на каждом из них имеются электронные стабилизаторы. Блок
можно подключать к сети переменного тока 220 В, 50 Гц или к сети
115 В и 220 В, частотой 400 Гц.
Прибор конструктивно состоит из корпуса, изготовленного из
алюминиевых сплавов, в котором размещены делитель, базовый блок
и блок питания. Размещение блоков обеспечивает свободный доступ
к ним. Корпус имеет П-образную ручку для переноски, которая од-
77
300
Рис. 50. Лицевая панель цифрового вольтметра В7-16
повременно служит подставкой для установки прибора под различ-
ным углом.
Основные органы управления и присоединения расположены на
передней панели прибора (рис. 50): / — зажим, используемый в сиг-
нальных цепях; 2 и 3 — гнезда для подключения постоянных и пере-
менных измеряемых напряжений от 100 до 1000 В; 4 — ручка установ-
ки времени индикации; 5 — кнопка ручного запуска прибора; 6 —
тумблер автоматического и внешнего ручного запуска; 7 — указатель
положения тумблера; 8 — лампочка сигнализации включения индика-
ции; 9 — смотровое стекло перед табло с индикаторными лампами;
10—лампа индикации работы термостата; 11— тумблер включения
сети; 12 — ручка переключателя рода работы; 13— ручка и шлиц по-
тенциометров установки пуля; 14 — ручка и шлиц потенциометров
регулировок при калибровке прибора; 15 — ручка переключателя
пределов измерения; 16 — указатель калибровочного напряжения;
17—гнезда контроля выхода эталонных сопротивлений; 18— гнез-
да для дистанционного запуска прибора; 19 — гнездо для подключе-
ния измеряемых напряжений до 100 В и активных сопротивлений;
20 — ручка для переноски прибора.
На индикаторном табло также расположены знаки индикации раз-
мерности измеряемых величин, которые высвечиваются в зависимости
от положения переключателя рода работы.
§34. ИНДИКАТОРЫ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ
В практике электрических измерений часто применяются индика-
торы тока и напряжения. Они используются в измерительных приборах
и установках для фиксации отсутствия или изменения тока или на-
пряжения в определенных участках измерительной схемы. При помощи
индикаторов можно установить равенство, отметить максимальные или
минимальные значения токов или напряжений независимо от их аб-
солютной величины, а также анализировать форму тока или напря-
жения.
Наиболее распространенными индикаторами являются: телефон,
телефон с усилителем, детекторный индикатор, усилитель с детекто >-
ным индикатором, термоэлектрический индикатор, электронно-луче-
вая трубка и гетеродинный индикатор.
Телефон представляет собой чувствительный и простой ин-
дикатор, применяющийся в области тональных частот. Он реагирует
на токи порядка микроампер, однако чувствительность его зависит г
частоты и субъективных особенностей измерителя. Телефоны приме-
няются главным образом как нулевые индикаторы в мостовых схемах.
Иногда их используют для определения равенства частот напряжений,
действующих в разных участках схемы.
Если чувствительность телефона недостаточна то его применяют
совместно с усилителем.
Детекторный индикатор состоит из выпрямителя
(лампового или полупроводникового детектора) и соединенного с ни i
чувствительного измерительного механизма магнитоэлектрической си-
стемы. Он обладает свойствами измерительного прибора детекторы i
системы. Для повышения чувствительности индикатора его применяют
совместно с предварительным усилителем.
Термоэлектрический индикатор обладает бо-
лее низкой чувствительностью по сравнению с предыдущими индика-
торами, но зато может применяться в более широком диапазоне часто:.
Его используют для определения равенства, максимальных и номи-
нальных значений тока.
Нулевыми индикаторами напряжения могут бы: s
электронно-лучевые трубки, используемые в осциллографах. Наир -
жеиие от исследуемой цепи подается на вертикально отклоняют: •
пластины через ламповый усилитель. Развертка осуществляется с г
синусоидального напряжения.
Показания нулевых индикаторов напряжения, особенно детектор-
ных, зависят не только от исследуемого напряжения основной частот::,
но также и от напряжения и фазы гармоник, что приводит к неправиль-
ным результатам измерения.
Этот недостаток устранен в избирательном гетеродинном индиь -
торе напряжения. Такие индикаторы применяют для напряжен:: i
с частотой свыше 4—5 кГц.
Гетеродинный индикатор напряжения состоит из
предварительного усилителя с регулятором усиления, преобразовате-
ля частоты, фильтра низкой частоты и усилителя низкой частоты, на
выходе которого может включаться телефон или детектор с измеритель-
ным прибором магнитоэлектрической системы. Индикатор обладает
высокой чувствительностью. Показания измерителя или интенсив-
ность звука в телефоне прямо пропорциональны амплитуде исследуе-
мого напряжения, подаваемого на вход индикатора.
79
§ 35, ПОВЕРКА ПРИБОРОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ
В процессе эксплуатации электроизмерительных приборов проис-
ходит износ отдельных деталей, возникают различные повреждения,
что приводит к нарушению нормальной работы приборов и появлению
больших погрешностей, превосходящих допустимую величину, соот-
ветствующую классу прибора. Поэтому измерительные приборы (сред-
ства измерения) подлежат периодической поверке, осуществляемой
органами Государственной метрологической службы (Госнадзором)
и органами ведомственной метрологической службы. Государственной
поверке подлежат все образцовые и некоторые другие средства изме-
рений, предусмотренные соответствующим ГОСТом. Рабочие меры
и приборы могут поверяться ведомственными органами метрологиче-
ской службы.
Поверка прибора заключается в определении метрологическим ор-
ганом погрешностей его и установлении пригодности прибора к при-
менению. Обычно поверка производится в следующем порядке: внеш-
ний осмотр прибора; выбор образцового прибора и подготовка к по-
верке; поверка показаний прибора и оформление документации ре-
зультатов поверки.
При внешнем осмотре выясняют дефекты, препятствующие даль-
нейшему применению прибора независимо от величины его погреш-
ности (повреждение стрелки, противодействующих пружин, зажимов,
нарушение пайки и т. п.).
В процессе подготовки в поверке прежде всего выбирают образцо-
вый прибор. Его система должна соответствовать поверяемому прибору
по роду тока и номиналу измеряемой величины. Практически магни-
тоэлектрические образцовые приборы применяют при поверке прибо-
ров па постоянном токе, а электродинамические — на переменном токе.
Однако иногда для этих целей используют образцовые электромагнит-
ные приборы классов 0,2 и 0,5.
Выбирая образцовый прибор по классу точности, необходимо учи-
тывать, что его допустимая погрешность должна быть по крайней ме-
ре в 3 раза меньше допустимой погрешности поверяемого прибора.
Так, например, для поверки приборов класса 4 образцовый прибор
может быть класса 1,0. Приборы классов 1,5 и 2,5 поверяют по прибо-
рам класса 0,5, приборы класса 1,0 — по приборам класса 0,2, а при-
боры класса 0,5—по приборам класса 0,1. Приборы же высоких
классов 0,2; 0,1 и 0,05 поверяют методом компенсации с применением
аппаратов, называемых потенциометрами или компенсаторами, при
этом обеспечивается высокая точность (погрешность не более 0,02 —
~ 0,03%).
Следует иметь в виду, что один и тот же прибор может служить
как образцовое средство измерения,! так и рабочее. Например, мил-
•;ивольтамперметр типа Ml 109, класса 0,2 может быть использован
для точных измерений в цепях постоянного тока и в качестве образцо-
гого прибора при поверке электроизмерительных приборов на постоян-
ном токе класса 1,0 и ниже методом сличения. В первом случае прибор
типа Ml 109 является рабочим, а во втором — образцовым. Но в пер-
80
Рис. 51. Схема включения приборов
для поверки амперметров
вом случае прибор может пройти ве-
домственную поверку, а во вто-
ром — только государственную.
Процесс поверки заключается
в сличении показаний поверяемого
(испытываемого) и образцового при-
боров.
Рассмотрим на примере процесс поверки щитового амперметра А„
электромагнитной системы, класса 2,5 с номинальным током 5 А. Об-
разцовый прибор Ао выбран электромагнитной системы класса 0,5.
Одна из возможных схем соединения приборов приведена на рис. 51.
Реостат R1 с большим сопротивлением служит для грубой регулиров-
ки, a R2 с малым сопротивлением — для точной регулировки тока в
цепи. Соотношение сопротивлений реостатов должно быть 1 : 10 или
1 : 15.
Перед началом поверки стрелки приборов с помощью корректоров
устанавливают на нулевые отметки шкалы при отключенном источни-
ке питания. Эти показания приборов являются первым отсчетом.
Так как поверяемый прибор щитовой, его включают на 15 мин под
воздействие номинального тока, после чего ток уменьшают до нуля.
Затем производят поверку прибора. При включенном источнике тока
с помощью реостатов устанавливают стрелку поверяемого амперметра
поочередно на каждом оцифрованном делении шкалы, записывая при
этом показания обоих приборов в таблицу (ход стрелки прибора вверх
по шкале). Дойдя до последнего верхнего деления шкалы, плавно
уменьшают силу тока, также устанавливая стрелку поочередно на
оцифрованных делениях шкалы испытываемого прибора (ход стрелки
вниз по шкале).
Показания образцового прибора будут несколько отличаться от
показаний испытываемого прибора при положениях его стрелки на
оцифрованных делениях шкалы.
Далее определяют среднеарифметическое двух отсчетов (ход вверх
и ход вниз) и вычисляют абсолютную ДА и относительную погрешность
прибора уи (см. главу 1, § 3). Одновременно определяют вариации по-
казаний испытываемого прибора. Их вычисляют как разность дейст-
вительных значений силы тока (по показаниям образцового прибора),
соответствующих одной и той же отметке шкалы (ход вверх /о и ход
вниз /о), отнесенной к номинальному значению прибора (в процентах)
Y.aP = Z5z21100%.
hl
Величина вариации показаний не должна превышать абсолют-
ного значения основной допустимой приведенной погрешности. В про-
цессе поверки данные измерений, а затем и последующих вычислений
записывают в таблицу, подобную приведенной примерной табл. 9.
Результаты поверки оформляются в соответствии с требованиями
нормативных документов Госстандарта СССР. На основании получен-
ных результатов делается заключение о соответствии прибора классу,
указанному на его шкале, и требованиям ГОСТ.
81
Таблица 9
Показания прибора Погрешности Среднее значение попрг зки 6/ Вариации показаний поверяе- мого при- боря vnap
поверяемого образцового Средне ариф- метическое отсченов абсолют- ная Д/ приведен- ная vn
ход вверх ход вниз
А Деле- ния А Деле- ния А Л А % А %
0 1 2 3 4 5 0 20,5 41,5 59,0 79,5 99,0 0 1,025 2,075 2,950 3,975 4,950 0 21,0 42,0 59,5 81,0 99.0 0 1,050 2,100 2,975 4,050 4,950 1 ,037 2,087 2,962 1,012 1.950 —0,037 —0,087 -1-0,038 —0,012 +0,050 —0,74 -1 .74 +0.76 —0,24 + 1.00 +0.037 +0,087 -0,038 +0,012 -0.050 —0.005 —0,005 -0,005 -0 015
Одна из возможных схем поверки вольтметров приведена на рис. 52.
Один из реостатов, с большим сопротивлением, служит для грубой,
а второй с малым сопротивлением — для плавной регулировки на-
пряжения в небольших пределах. Поверка производится в такой же
последовательности, как и поверка амперметра.
Подробные указания о поверке амперметров и вольтметров изла-
гаются в специальных инструкциях, утвержденных Государственным
комитетом стандартов.
Многопредельные измерительные приборы с однорядной шкалой
допускается поверять полностью по всей шкале только па одном из
пределов измерения. На остальных пределах измерения ограничивают-
ся поверкой на двух отметках шкалы — конечной и той из отметок,
на которой можно ожидать наибольшую погрешность. Если прибор
имеет многорядную шкалу, производится поверка по каждой шкале.
В лабораториях и мастерских по ремонту и поверке электроизме-
рительных приборов применяют комплектные поверочные установки,
смонтированные в виде стенда с пультом управления, например, уста-
новка постоянного и переменного тока типа УЗОО.
Она предназначена для поверки амперметров и вольтметров по-
стоянного и переменного тока всех систем класса I—4 методом сли-
чения с показаниями образцовых приборов, а также для использова-
ния в качестве источника питания при проверке реле и других элемен-
тов автоматики. Пределы регулирования напряжения постоянного
и переменного тока от 1 до 1000 В
на трех поддиапазонах при токе
до 1; 0,2 и 0,1 А. По постоянному
току пределы регулирования от
0,2 А при 150 мВ до 50 А при
1 В на шести поддиапазонах; по
переменному току — до 20 А при
напряжении до 12 В и до 300 А при
0,5 В на пяти поддиапазонах.
Рис. 52 Схема включения приборов
для поверки вольтметров
82
Для питания электрических цепей и лабораторных установок по-
стоянного и переменного тока, требующих плавного регулирования
и высокой стабильности напряжения и тока, применяют источник ста-
билизированных напряжений, например, типа ИСН-1. Он обеспечи-
вает на выходе регулирования высокостабильного напряжения постоян-
ного и переменного тока в границах 5 мВ—150 В на 12 поддиапазонах;
регулирование по постоянному току от 150 мкА до 50 А на 10 поддиапа-
зонах и по переменному току от 10 мА до 100 А на 12 поддиапазо-
нах. Выходные цепи переменного напряжения и тока имеют три ча-
стоты: 50, 400 и 1000 Гц.
Для поверки электронных (ламповых) вольтметров при низких
частотах используются поверочные установки типа Bl-2, В1-4. Они
позволяют воспроизводить необходимые напряжения от долей милли-
вольта до 300 В с погрешностью 0,5 4- 1 % при частотах 55, 400 и 1000 Гц.
§36. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ
ПОВЕРОЧНЫХ РАБОТ '
Выполняя поверочные работы, поверитель оперирует с оборудова-
нием, приборами, электрическими цепями, в которых протекает элек-
трический ток, и при неправильных или неаккуратных приемах работы
может причинить себе вред от действия электрического тока. Поэтому,
производя подготовку и поверку измерительных приборов (средств
измерения), необходимо неуклонно выполнять правила техники без-
опасности.
1. При измерениях в цепях с напряжением свыше 42 В следует
включать и отключать приборы и вспомогательные части к ним при
। ыключенном напряжении в исследуемой цепи.
2. Недопустимо переключение приборов и вспомогательных ча-
стей к ним с одного вида измерения на другой, а также переключение
пределов измерения без отключения от исследуемой схемы.
3. При сборке исследуемых цепей надо избегать пересечения про-
водов и обеспечивать высокую плотность контактов всех разъемных
соединений. Не загромождать рабочее место неиспользованными про-
водами.
4. Подключение приборов и их вспомогательных частей к иссле-
дуемой схеме производить изолированными соединительными прово-
дами, снабженными наконечниками с изоляционными втулками.
5. Измерения в цепях напряжением свыше 200 В должны произво-
диться в присутствии других лиц.
6. Подключение к исследуемой цепи с помощью щупов необходимо
производить одной рукой, держась за изоляционную втулку щупа.
Вторая рука должна быть свободной во избежание прохождения элек-
трического тока через организм поверителя.
7. При исследовании электрической схемы приборы и вспомога-
тельные части к ним должны располагаться так, чтобы при снятии
показаний была исключена опасность прикосновения к частям ис-
следуемой схемы, находящимся под напряжением.
83
8. При сборке исследуемой цепи е нагрузочным (понижающим)
трансформатором помнить об опасности ошибочного соединения выво-
дов обмотки низкого напряжения с электросетью.
9. Нельзя прикасаться к неизолированным элементам соединитель-
ных и коммутационных устройств, находящихся под напряжением.
10. Во время работы с измерительным трансформатором тока сле-
дить, чтобы перед включением его вторичная обмотка была бы замкнута
на прибор или накоротко, так как при разомкнутой вторичной обмот-
ке на ее зажимах возникает опасное для жизни напряжение. По этой
причине категорически запрещается размыкать цепь вторичной об-
мотки трансформатора тока, если его первичная обмотка включена
в сеть.
11. С целью изоляции поверителя от земли на полу перед повероч-
ными установками должны быть уложены резиновые коврики.
12. В поверочных установках должна быть сигнализация с по-
мощью ламп, указывающих «напряжение включено» (красная лампа)
или «напряжение снято» (зеленая лампа).
Кроме перечисленных правил, должны соблюдаться общие прави-
ла электробезопасности, предусмотренные в специальных инструк-
циях, применительно к условиям поверительной лаборатории.
Г л а в а 5
ПРИБОРЫ ВЫСОКОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ —
ГАЛЬВАНОМЕТРЫ
§ 37. НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ГАЛЬВАНОМЕТРОВ
Гальванометром называется электроизмерительный прибор с ие-
градуированной шкалой, имеющий высокую чувствительность по
току или напряжению.
Гальванометры предназначены для измерения малых токов, на-
пряжений и электрических зарядов и широко используются как нуле-
вые указатели в мостовых и потенциометрических схемах. Они бы-
вают магнитоэлектрической, термоэлектрической, электронной, элек-
тродинамической и электростатической систем.
Наибольшее распространение получили гальванометры магнито-
электрической системы, обладающие самой высокой чувствительно-
стью. Они подразделяются на гальванометры с подвижной рамкой и
гальванометры с подвижным магнитом. Первые применяются в цепях
постоянного тока, а вторые — в цепях переменного тока повышенной
частоты. В последние годы гальванометры с подвижным магнитом
(вибрационные гальванометры) вытесняются более чувствительными
и универсальными гальванометрами электронной и термоэлектриче-
ской систем.
84
По конструкции отсчетного
приспособления гальванометры бы-
вают со встроенной и с отдельной
шкалой. Гальванометры со встроен-
ной шкалой выполняются на рас-
тяжках или кернах со стрелочны-
ми или световыми указателями, но
они менее чувствительны. Гальва-
Рис. 53. Схемы хода луча
нометры с отдельной шкалой на-
зывают зеркальными. Они имеют
подвижную часть на подвесе и све-
товой отсчет. Шкалы зеркальных
гальванометров бывают с объек-
тивными и субъективными метода-
ми отсчета показаний.
При объективном методе отсчета (рис. 53, а) сфокусированный
луч от лампочки / посылается па зеркальце 3, укрепленное на рамке
гальванометра. При прохождении тока через рамку она поворачива-
ется вместе с зеркальцем на некоторый угол а, и луч света, отразив-
шись от зеркальца, перемещается по шкале 2 на п делений. Шкала
изготовляется в виде прозрачной стеклянной линейки, на которой от-
раженный луч создает светящуюся полоску (зайчик) с тонкой затенен-
ной чертой в центре. При этом наблюдение могут вести несколько лиц,
что позволило назвать этот метод объективным.
Рис. 54. Оптическая схема
переносного гальваномет-
ра с многократным отраже-
нием луча
При субъективном методе отсчета (рис. 53, б) параллельно рамке
прибора, на которой укреплено зеркальце 3, устанавливается хорошо
освещенная непрозрачная шкала 2 с делениями. Отраженный от зер-
кальца луч света попадает в зрительную трубу / и наблюдатель видит
в ней часть шкалы 4 с делениями. Перед измерениями одну из отметок
шкалы, обычно нулевую, совмещают с вертикальной чертой, нанесен-
ной на объективе трубы. Под действием измеряемого тока рамка по-
вернется на угол а, и в объективе зрительной трубы будет видна дру-
гая отметка, отстающая от первой на п делений.
Субъективный метод отсчета точнее объ-
ективного, не требует затемнения помеще-
ния, но менее удобен для наблюдателя
(быстро утомляется зрение).
При зеркальном отсчете tg 2а = п/1
(см. рис. 53), когда углы поворота рамки
малы (не более 3°), тангенс можно заме-
нить углом, т. е. 2а = п/1, откуда п = 21а.
Таким образом, число делений п зависит не,
только от угла поворота а, но и от длины
луча I. Следовательно, сделав луч длиной
1 м и более, можно намного увеличить чув-
ствительность зеркального гальванометра,
так как малому углу поворота рамки бу-,
дет соответствовать значительное число де-
лений п на шкале. Удобны в эксплуата-
85
ции переносные гальванометры с внутренним световым отсчетом.
При небольших размерах корпуса длина отраженного луча из-за
многократного отражения может достигать до 0,5 м.
Оптическая схема такого гальванометра приведена на рис. 54.
Луч от лампы осветителя / поочередно отражается от зеркал 2 и 3
и падает на подвижное зеркало 4. Затем, отражаясь от зеркал 5, 6 и 7,
достигает шкалы д. Переносные гальванометры обладают несколько
меньшей чувстви ельностью, чем с отдельной шкалой.
§ 38. МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГАЛЬВАНОМЕТР
ПОСТОЯННОГО ТОКА
В пепях постоянного тока используют магнитоэлектрические галь-
ванометры с подвижной рамкой, которые не отличаются по принципу
действия от рассмотренных ранее приборов магнитоэлектрической си-
стемы.
Из выражения чувствительности по току магнитоэлектрических
приборов 1формула (18)1 S, = Bws/D следует, что высокая чувстви-
тельность магнитоэлектрических гальванометров достигается за счет
применения постоянных магнитов из никельалюминиевых сплавов,
обладающих большой магнитной индукцией В, увеличения числа вит-
ков рамки w и создания малого удельного противодействующего момен-
та D. Для получения малого противодействующего момента и устра-
нения трения в подпятниках подвижная часть стрелочных гальвано-
метров крепится на растяжках, а у зеркальных гальванометров подве-
шивается на упругой ленточке — подвесе.
Зеркальный гальванометр типа Ml7 с внешней шкалой и освети-
телем (рис. 55 и 56) смонтирован в литом металлическом корпусе. Про-
тив стекла 4 (см. рис. 55), входящего в оптическую систему прибора,
Рис. 55. Внешний вил зер-
кального гальванометра
находится зеркальце подвижной части
гальванометра. Магнитная индукция в
воздушном зазоре, где расположена рам-
ка, регулируется магнитным шунтом, ко-
торый передвигается поворотом ручки /.
При этом меняется чувствительность при-
бора. Для горизонтальной установки галь-
ванометр снабжен уровнем 3 и ножками 2,
высота которых регулируется. Для предо-
хранения подвеса от обрыва при транспор-
тировке гальванометр снабжен аррети-
ром 6. Кроме того, он имеет корректор 5
и зажим 7 (экран), который присоединяет-
ся к схеме при экранировке гальванометра
от токов утечки. Осветитель 8 (см. рис. 56),
состоящий из осветительной лампочки,
объектива и диафрагмы, и шкала 10 с по-
мощью штанги и стойки 9 закрепляются
на основании 11, Диафрагма затемняет весь
86
Рис. 56. Отсчетное устройство зеркального
гальванометра
объектив, оставляя лишь в
центре узкую прорезь с вер-
тикальной чертой. На рис. 57
приведена схема вертикаль-
ной установки гальванометра
на стене.
На рис. 58 показана опти-
ческая схема гальванометра
с внутренним световым отсче-
. том (осветитель и шкала рас-
положены внутри корпуса).
В отверстие диафрагмы осве-
тителя помещена стрелка 1,
изображение которой после отражения от зеркала 4 проектируеюя
на шкалу 2 в виде тени на фоне светового пятна 3.
Для обеспечения высокой чувствительности в зеркальных гальва-
нометрах применяют легкую бескаркасную рамку 5 с большим чис-
лом витков. Поэтому в них отсутствует успокоитель, каким является
каркас рамки у стрелочных приборов магнитоэлектрической системы.
Под воздействием внешнего толчка рамка такого гальванометра будет
совершать свободные затухающие колебания. Если рамку замкнуть на
внешний резистор, то под влиянием индуктированных в ней токов /т,
тормозящих движение, время колебаний рамки резко сократится.
Время одного полного колебания рамки называется периодом сво-
бодного колебания Тп и является одной из основных характеристик
гальванометра.
На рис. 59 приведена схема включения гальванометра в цепь, со-
стоящую из источника напряжения Е и нескольких резисторов При
замкнутом рубильнике К в цепи возникает ток /, часть которого /ш
Рис. 57. Схема вертикаль-
ной установки гальвано-
метра
Рис. 58. Оптическая схема
гальванометра с внутрен-
ним световым отсчетом
87
пройдет по шунтирующему резистору R2, а другая его часть /г —
по гальванометру. Под действием тока /г рамка гальванометра от-
клонится на некоторый угол а, например на 25 делений шкалы
(рис. 60). На характер движения рамки влияют величины резисторов
R1 и R2. Если сумма сопротивлений этих резисторов Rl + R2 =
= Rb„ будет достаточно большой, то ток /,, тормозящий движение
рамки, будет мал. Поэтому рамка, достигнув 25-го деления шкалы
(кривая /), совершит еще ряд затухающих колебаний. Если же вели-
чина R'bh = Rl 4- R2 мала, то ток /т будет большим, и приторможен-
ная этим током рамка медленно достигнет 25-го деления (кривая 2).
При некотором внешнем сопротивлении RB1\‘, большем, чем RB,„ и
меньшим, чем RB„, рамка достигает установившегося отклонения за
самый короткий промежуток времени (кривая 3), не совершив ни одно-
го колебания.
Сопротивление внешней цепи, равное Rl + R2, при котором рам-
ка в наименьшее время (кривая 3) достигает установившегося откло-
нения, называется внешним критическим сопротив-
лением гальванометра RKV вн.
Критическое сопротивление — одна из важнейших характеристик
гальванометра, которая часто предопределяет возможность исполь-
зования данного гальванометра в конкретной измерительной схеме.
Например, гальванометр с малым 7?кр В11 не применяют в схемах,
имеющих большое сопротивление, так как он будет недоуспокоен
(кривая 1 на рис. 60), и на измерение придется затрачивать много
времени. Если Ruv вн гальванометра велико, то его нельзя использо-
вать в схемах с малым сопротивлением,
так как гальванометр будет иереуспо-
коен (кривая 2 на рис. 60).-
На гальванометре или в его паспорте
указываются: постоянная по току С(;
период свободных колебаний То;сопро-
тивление гальванометра Rr и внешнее
критическое сопротивление RKp в„. По-
стоянная зеркальных гальванометров
по токуС( находится в пределах от 10~8
до 10-11 А/мм, а со встроенной шкалой
от 10~8 до!0~8 А/мм. Период свободных
колебаний То у гальванометров состав-
ляет от долей секунды до десяти и бо-
лее секунд. Сопротивление разных ти-
пов гальванометров R,. находится в пре-
делах от нескольких до сотен омов.
Иногда качество гальванометров
характеризуется чувствительностью по
напряжению Sy или постоянной по на-
пряжению Су. Чувствительность галь-
ванометров по току и напряжению S{
и Sy связаны между собой следующим
соотношением; Sy = SJRlt!>,
Рис. 59. Схема включения рам-
ки гальванометра в электриче-
скую цепь
Гис. 60. Графики движения
I ;г.1ки гальванометра в зави-
ск.и'сти. от степени успокоения
где RKp — полное критическое сопротивление гальванометра,
Rkp = Rkp вн Rf
Гальванометры с высокой чувствительностью по току обладают
низкой чувствительностью по напряжению, так как S, пропорциональ-
на Bws, a RKp — (Bws)2.
Действительно, S; = Bws/D.
При движении рамки в магнитном поле в ней индуктируется э. д. с.
е = — wd<I>/dt.
Так как поток, пронизывающий рамку Ф = Bsa, где а — угол,
который отсчитывается от горизонтали, проходящей через ось прибора,
то е = — Bwsda/dt.
Тогда индуктируемый ток
i = e/RKp = — Bws/RKpdafdt.
Этот ток, взаимодействуя с магнитным полем постоянного магнита,
создает противодействующий момент Мпр = М ир, а
Л4вр = (Bws) i = (Bws)2/R KpdaJdt.
Так как
Л1„ = О-^- = М.р, то
(11 С1(Л 1\ кр
~ИГ
и тогда 7?кр = - •
Поэтому увеличение St за счет увеличения Bws приводит к су-
щественному увеличению критического сопротивления /?кр и умень-
шению Su.
Наряду с однообмоточными гальванометрами широкое распростра-
нение получили гальванометры с двумя обмотками, одна из которых
выполняется с высокой чувствительностью по току, а другая — по
напряжению. Если количество витков в обмотках одинаково и токи
в них текут встречно, то угол поворота подвижной системы будет про-
порционален разности этих токов. Такие гальванометры называются
дифференциальными. Они применяются главным образом для измере-
ния сопротивлений.
§ 39. БАЛЛИСТИЧЕСКИЙ ГАЛЬВАНОМЕТР
Магнитоэлектрический гальванометр с увеличенным моментом
инерции называется баллистическим.
При прохождении кратковременного импульса тока через рамку
магнитоэлектрического гальванометра она под воздействием получен-
ного толчка отбросится на некоторый угол и, совершив ряд затухаю-
щих колебаний, возвратится в нулевое положение.
Установлено, что первое максимальное отклонение рамки гальва-
нометра ссшах пропорционально количеству электричества Q, которое
В9
прошло через рамку за время импульса тока, если его длительность
намного меньше периода свободных колебаний подвижной системы
гальванометра Т№, т. е. <%,пах = S„Q, где So — баллистическая чув-
ствительность гальванометра.
Величина, обратная баллистической чувствительности, называ-
ется баллистической постоянной гальванометра. Баллистическая по-
стоянная численно равна количеству электричества, прошедшего че-
рез обмотку гальванометра, которое соответствует отбросу его подвиж-
ной части на 1 мм шкалы.
Время, в течение которого подвижная часть находится в откло-
ненном состоянии, составляет небольшую долю периода Т0 и это за-
>рудняет отсчет. Кроме того, для получения более точных измерений
период То должен быть значительно больше длительности импульса.
Поэтому в баллистических гальванометрах искусственно увеличивают
7'п до 16—30 с. Для этого на подвесе вместе с рамкой помещается диск
или грузики, которые увеличивают момент инерции, а следователь-
но, и То.
Баллистические гальванометры находят применение для измере-
ния емкостей, взаимных индуктивностей и магнитных потоков. К ним
относятся гальванометры типа Ml 97 (То не менее 10 с, RKp uu не бо-
лее 1000 Ом).
§ ИО. ГАЛЬВАНОМЕТРЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Вибрационный гальванометр. Постоянный магнит 6 вибрацион-
ного (резонансного) гальванометра типа М501 (рис. 61), укрепленный
па оси 5, которую можно поворачивать ручкой 4, расположен между
неподвижными полюсными наконечниками 3. В воздушном зазоре
сердечника 1 электромагнита помещен на растяжках подвижной маг-
нит 8. При отсутствии тока в обмотках электромагнита 2 подвижной
магнит располагается вдоль полюсов N—S постоянного магнита 6
и на шкале прибора 7 видна узкая светлая полоска, которая являет-
ся изображением щели 9. Если через обмотку 2 проходит измеряемый
ток, то между полюсами а—б электромагнита образуется переменный
магнитный поток, и подвижной магнит 8 будет колебаться с частотой
♦
Рис. 61. Схема устройства вибрационного
чгальванометра
тока. При этом изображе-
ние щели на шкале размы-
вается в широкую полосу.
Чем больше ток течет через
гальванометр, тем шире
светящаяся полоса.
Противодейств у ющ и й
момент в данном гальва-
нометре создается растяж-
ками и полем постоянного
магнита 8. Рукояткой 4
регулируют собственную
частоту подвижной части
90
гальванометра, настраивая ее на резонанс с частотой измеряемого
тока, что увеличивает чувствительность гальванометра.
Электронный гальванометр. В данном гальванометре в качестве ну-
левого указателя применяют электроппо-лучевую трубку, что позво-
ляет получить высокую чувствительность по напряжению 200 мм/мкВ.
Кроме того, на экране трубки можно одновременно наблюдать как
активную, так и реактивную составляющую исследуемого напряжения,
что намного облегчает процесс уравновешивания мостов переменного
тока.
К гальванометрам-вставкам осциллографическим относятся^ при-
боры типов М001, МОЮ, М006 и др.
Глава 6
ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ
§ 41. КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ
ПО ВЕЛИЧИНЕ И МЕТОДИКЕ ИЗМЕРЕНИЙ
Различные элементы аппаратуры и электрических объектов желез-
нодорожной автоматики и телемеханики, проводной связи, электри-
ческой тяги п энергетических систем обладают электрическим сопро-
тивлением, величина которого весьма разнообразна. Например, сты-
ковые соединители, шунты измерительных приборов, якорные обмот-
ки электрических машин обладают очень малой величиной сопротивле-
ния (порядка долей или единиц ома). Обмотки напряжения измеритель-
ных приборов, обмотки реле, применяемых в устройствах автоматики
и телемеханики и устройствах защиты на электростанциях, реле и ре-
зисторы для автоматических телефонных станций и другие подобные
элементы аппаратуры обладают сопротивлением от десятков или сотен
до нескольких тысяч и даже десятков тысяч омов, а сопротивления
изоляции линий превышают сотни тысяч и даже миллионы омов.
В зависимости от значения электрические сопротивления подраз-
деляют на три группы: малые 1 Ом и меньше; средние от 1 до 100 ООО Ом;
большие от 100 000 Ом и больше.
Применительно к 'значению измеряемого сопротивления и необ-
ходимой точности результата выбирают соответствующие методы из-
мерения. Наибольшее распространение получили: косвенный метод —
амперметра и вольтметра; нулевой метод с использованием измери-
тельных мостов и методов непосредственной оценки с помощью пока-
зывающих приборов.
§ 42. ИЗМЕРЕНИЕ СРЕДНИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ
КОСВЕННЫМ МЕТОДОМ (АМПЕРМЕТРА-ВОЛЬТМЕТРА)
Измеряемое сопротивление Rx включают в цепь последователь-
но с амперметром А (рис. 62). Переменный резистор R служит для ре-
гулировки тока в цепи и на результат измерений не оказывает никако-
91
Рис 62. Измерение сред-
них сопротивлений кос-
венным методом
го влияния. В зависимости от измеряемого
сопротивления Rx вольтметр подключается к
цепи в точках а или б переключателем К.
Сопротивление Rx вычисляют приближен-
но по формуле, вытекающей из закона Ома,
подставив в нее значения тока и напряжения,
измеренные приборами Rx = U^l/А.
Полученный результат будет отличаться
от действительного значения измеряемого
сопротивления за счет влияния сопротивле-
ния амперметра и тока, протекающего через
вольтметр.
При подключении вольтметра к точке а схемы он покажет сумму
падений напряжений на амперметре и на измеряемом сопротивлении
R х. При этом сопротивление можно определить по формуле
UG — /д
Кх~-----7----
'А
'а
Такую схему включения применяют в том случае, если сопротив-
ление амперметра RA менее 1% значения сопротивления Rx, которое
вычисляют по ползаниям приборов, пренебрегая сопротивлением R \.
Если вольтметр подключен к точке б схемы, амперметр будет из-
мерять токи, протекающие по неизвестному сопротивлению Rx
и через вольтметр. При этом сопротивление Rx вычисляют по формуле
р Ud ' Ur •
х , и*
л~RB
Такое включение приборов применяют в том случае, когда вну-
треннее сопротивление вольтметра Rh значительно превышает зна-
чение измеряемого сопротивления Rx. При /?в > Rx в 100 раз пре-
небрегают током /в, протекающим через вольтметр, и Rx вычисляют
по приближенной формуле, приведенной ранее.
Описанным методом чаще всего измеряют сопротивления, нахо-
дящиеся в рабочем режиме, в том случае, если их нельзя выключат
из действующей цепи.
§ 43. ИЗМЕРЕНИЕ СРЕДНИХ СОПРОТИВЛЕНИИ
ОДИНАРНЫМ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМ МОСТОМ
НА ПОСТОЯННОМ ТОКЕ
В практике электрических измерений широко применяются мосто-
вые схемы измерений, обеспечивающие довольно высокую точное и,
определения измеряемых величин. Погрешность измерения не пре-
вышает 0,05—0,1%. Это достигается благодаря высокой чувствитель-
ности гальванометра, применяемого в качестве нулевого индикатора,
а также точной подгонке сопротивлений резисторов, используемых
в мостовых схемах,
S2
Для измерения сопротивлений средней величины применяют оди-
нарный измерительный мост на постоянном токе. Его схема (рис. 63)
представляет замкнутый четырехугольник, состоящий из сопротивле-
ний Ru, Rc, Ro и Rx. В одну из его диагоналей включен гальванометр
Гв, а в другую кнопкой К включается источник питания Е постоян-
ного тока. Сопротивления, входящие в схему, называются пле-
чами моста. Их значение можно подобрать так, чтобы при нажатой
кнопке К потенциалы точек Б и В были равны между собой. Тогда
ток не будет ответвляться через гальванометр и стрелка прибора по-
кажет 0. Такое состояние схемы называется равновесием моста.
В уравновешенной схеме падения напряжений на участках от
точки А до точек Б и В равны между собой. Также равны падения на-
пряжений на участках от точек Б и В до точки Д. Можно записать:
6^лб=^лв и (7бд = Uад.- (31)
По закону Ома (Уд б = . ^дв = ^вд =
иад — I>R0.
После подстановки значений напряжений равенства (31) примут
вид ItRa = iiRt,', = ltRo- Поделив первое равенство на второе
и учитывая, что ток через гальванометр не ответвляется — 13,
a I-i = It), получим
Ra/Rx = RdRo- (32)
Равенство (32) показывает, что произведения величин сопротивле-
ний противоположных плеч уравновешенного моста равны между со-
бой и являются исходными для различных вычислений при практиче-
ских применениях моста.
Из равенства (32) определяют сопротивление, измеренное мостом,
по формуле
Это соотношение сохраняется при перемене местами гальваномет-
ра и источника питания. Оно также не нарушится, если в диагонали
моста будут включены добавочные -сопротивления, что имеет место в
практических схемах мостов. Поэтому сопротивление, включаемое по-
следовательно с источником тока для огра-
ничения силы тока в цепи, или добавоч-
ное сопротивление и шунт в цепи гальва-
нометра, предназначенные для изменения
его чувствительности, не оказывают влия-
ния на результат измерения мостовой
схемой.
Следовательно, при равновесии моста
путем несложных вычислений можно опре-
делить измеряемое сопротивление Rx.
Плечи моста R& и Re называются пле-
чами отношения, плечо Rn — плечом срав-
нения, а плечо Rx — плечом неизвестного
Рис. 63. Схема одинарного
измерительного моста
83
Рис. 64. Схема линейного из-
мерительного моста
или измеряемого сопротивления. Плечи
/?а. К а н Ro представляют собой мага-
зины резисторов. Процесс подбора со-
противлений плеч носит название урав-
новешивания, или балансировки моста.
Измерительные мосты подразделяют-
ся на мосты с постоянным отношением
плеч и мосты с переменным отношением
плеч. В мостах с постоянным отноше-
нием плеч после подключения к прибо-
ру измеряемого сопротивления Rx пе-
рестановкой штепсельного контакта в
магазине резисторов или поворотом
ручки рычажного переключателя устанавливают определенное соот-
ношение плеч Ra и 7?б в зависимости от предполагаемого значения со-
противления Rx. Затем включают гальванометр и источник питания.
В магазине плеча сравнения подбирают такое значение сопротивления
Ro, при котором стрелка гальванометра установится на нуле шкалы.
В процессе балансировки моста отношение плеч Ra/Rc, остается по-
стоянным. Если мост не уравновешивается, изменяют отношение со-
противлений двух плеч Ru и Ra и повторяют процесс балансировки до
полного уравновешивания схемы. После этого па основании резуль-
тирующего равенства для уравновешенного моста вычисляют изме-
ряемое сопротивление.
В практике также применяются измерительные мосты с переменным
отношением плеч (рис. 64), например линейный мост, у которых плечо
сравнения выполнено в виде небольшого магазина резисторов, а плечи
отношений представляют реохорд — тонкую калиброванную манга-
ниновую проволоку со скользящим контактом, образующим два пле-
ча моста Ro и Ri>- Известно, что сопротивление проволоки, имеющей
одинаковое сечение по всей длине и однородный материал, пропорцио-
нально ее длине. Поэтому сопротивление участков реохорда Ru и Ro
можно заменить их длинами, что вытекает из равенства
h
Ra (> s ... /1 .
/?б R I»
р~
Это отношение обычно нанесено на шкале моста, расположенной
параллельно реохорду, и его легко определяют по положению движка
13. Такие мосты иногда называют линейными.
Перед началом измерений реохордным линейным мостом в плече
г равнения устанавливают определенную величину сопротивления Ro,
l при балансировке моста, перемещая движок В, подбирают отноше-
ние сопротивлений плеч R., и /?б, выраженное через отношение длин
.у и /2 участков реохорда. Измеряемое сопротивление Rx вычисляют
i.o формуле
кх=кЛ-
£4
I
Линейные мосты обладают меньшей точностью по сравнению с ма-
газинными мостами вследствие неравномерного износа реохорда.
Следует отметить высокую чувствительность измерительных мостов,
для оценки которой пользуются выражением относительной чувст-
вительности
с Д,а
Из формулы следует, что относительная чувствительность SM вы-
ражается в делениях шкалы гальванометра на процент изменения со-
противления плеча сравнения.
В настоящее время наряду с описанными мостами применяются
реохордные мосты с автоматической балансировкой. Сведения о не-
которых типах одинарных измерительных мостов изложены в § 115
и 116 гл. 16.
$ 44. ИЗМЕРЕНИЕ МАЛЫХ СОПРОТИВЛЕНИИ
КОСВЕННЫМ МЕТОДОМ
(АМПЕРМЕТРА-МИЛЛИВОЛЬТМЕТРА)
При измерении сопротивлений малых величин (меньше 1 Ом)
па результат измерений может оказывать влияние сопротивление со-
единительных проводов (от 1-Ю-2 до 110-4 Ом) и переходных кон-
тактов в местах присоединения проводов (от 1-Ю-2 до 1-10-5 Ом).
Поэтому при выборе метода и схемы измерений необходимо включать
измеряемые сопротивления и приборы так, чтобы исключались ука-
занные погрешности.
Самый простой метод измерения малых сопротивлений —метод ам-
перметра-милливольтметра. Приборы соединяют по схеме рис. 65, а.
Реостат R служит для регулировки тока в измеряемой цепи. Значение
сопротивления вычисляют по закону Ома, используя показания.при-
боров — амперметра / и милливольтметра U:
Rx = UH.
Для устранения погрешности вследствие влияния сопротивления
соединительных проводов и переходных контактов милливольтметр
необходимо подключать в точках ГН и П2 (рис. 65, б) непосредствен-
Рис, 65. Схемы измерения малых сопротивлений
95
но к измеряемому сопротивлению Rx. При этом прибор зафиксирует
падение напряжения U только на измеряемом сопротивлении Rx.
Падения же напряжений на переходных контактах Т1 и Т2 и соеди-
нительных проводах вТ1 и гТ2 не учитываются, благодаря чему ис-
ключается их влияние на результат измерения. Если же милливольт-
метр присоединить к точкам виг схемы, то он зафиксирует не только
падение напряжения на сопротивлении Rx, но также падение напряже-
ний на сопротивления соединительных проводов вТ1 и гТ2 и на со-
противлении в контактах Т1 и Т2.
При включении прибора за контактами Т1 и Т2, как показано на
рис. 65, б справа, исключается падение напряжения на сопротивлении
соединительных проводов, однако милливольтметр учтет падения на-
пряжений на переходных контактах Т1 и Т2, что приведет к непра-
вильному результату измерения.
Контакты Т/ и Т2 называют токовыми, они входят в последова-
тельную цепь, а контакты П1 и П2 — потенциальными. Они всегда
должны располагаться внутри между токовыми контактами. В таком
случае исключается влияние на результат измерения сопротивлений
соединительных проводов и переходных контактов.
§ 45. ИЗМЕРЕНИЕ МАЛЫХ СОПРОТИВЛЕНИИ
ДВОЙНЫМ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМ МОСТОМ
Более точные результаты измерения малых сопротивлении обеспе-
чивает двойной измерительный мост на постоянном токе (рис. 66).
Измеряемое сопротивление соединено последовательно с образцо-
вым резистором Ro при помощи провода гд большого сечения. К токо-
вому зажиму а сопротивления Rx и зажиму з — образцового резистора
присоединена цепь питания моста, состоящая из источника тока Е,
контрольного амперметра А и регулировочного реостата R.
Измерительная часть моста присоединена к потенциальным зажи-
мам б и в, соединенным с измеряемым сопротивлением Rx, а контак-
тами е и ж — к образцовому резистору Rn.
Сопротивления резисторов плеч моста R1 и R1', так же как и со-
противления резисторов плеч R2 и R2', конструктивно выполнены
Рис. 6G. Схема двойного измеритель-
ного моста
так. что при любых переключениях
в процессе измерения мостом со-
храняются условия
Rl = RJ' 10 Ом
и R2 = R2 Ю Ом. (33)
Равновесие моста определяют
по нулевому показанию гальвано-
метра, присоединенного в точках
БВ. В начале измерения подвиж-
ной контакт е устанавливают в
положение, при котором сопротив-
96
ление резистора /?0 будет примерно равно сопротивлению Rx. Затем,
установив необходимые отношения плеч RUR2 — R1'IR2', замыкают
выключатель R1 и при помощи регулировочного реостата устанавли-
вают в токовой цепи силу тока, равную нескольким амперам, а при
очень малом измеряемом сопротивлении Rx — порядка нескольких
десятков ампер.
Кнопкой R2 включают гальванометр Гв, и перемещая движок е
по резистору Rn, добиваются установки стрелки гальванометра на
нуль. Если же стрелка не устанавливается на нуле, то необходимо,
отключив гальванометр, изменить отношение сопротивлений рези-
сторов R1IR2 и R1'IR2‘сохраняя при этом условие равенства.
Изменив отношение сопротивлений плеч, уравновешивают мост.
При равновесии моста потенциалы точек Б и В равны между собой
и ток через гальванометр не протекает. Следовательно, справедливы
следующие равенства токов в цепях моста:
/j = 72; /1 = 12 И /г = /в, (34)
Равенство потенциалов точек Б и В возможно при равенстве па-
дений напряжений на участках 6Б и бвВ, а также на участках Бэю
и Веж. Выразив эти падения напряжений через произведения токов
и сопротивлений соответствующих участков, получим равенства:
lxR\=lxRx + l[R\ и /г/?2 = /0₽04-/2/?2'.
Члены равенства, включающие неизвестное сопротивление и об-
разцовое сопротивление Rn, переносят в левую часть, тогда:
/х/?х = Л7?1— Л RV и /0R0 = /2R2-/iR2\
Учитывая равенства (34), можно написать:
/xRx=(/1-/()Rl и /0Ro = (/2-/2)R2.
Поделив одно выражение на другое и учитывая равенства (33),
получают Rx/R0 = RHR2 и определяют измеряемое сопротивление
Переходные сопротивления в контактах а, г, д и з не влияют на
точность измерения. Они входят в токовую цепь и влияют лишь на
силу тока, которую можно отрегулировать до необходимого значе-
ния регулировочным реостатом R, переходные же сопротивления в по-
тенциальных контактах б, в, е, ж и сопротивления проводов, соеди-
няющих эти контакты а плечами моста Rl, Rl', R2 и R2' оказывают
ничтожно малое влияние, так как соблюдается условие равенства (34),
и увеличение сопротивления каждого из плеч моста за счет переход-
ных сопротивлений не нарушает этих условий.
Для измерения малых сопротивлений предназначен комбинирован-
ный одинарно-двойной мост промышленного типа Р329. При включении
его по схеме двойного моста (рис. 67, а) обеспечивается возможность
измерения сопротивлений от 10-в до 100 Ом. Сравнительные плечи
и R3 имеют по пять декад: 10 X 100; 10 X 10; 10 X 1; 10 X 0,1;
4
Зак. 1970
а 97
Рис. 67. Схемы включения моста для измерения малых сопротивлений:
а — упрощенная принципиальная; б — рабочая
10 х 0,01. Отсчет сопротивлений плеч производится о точностью
±0,01%. Переключение декад осуществляется одновременно общей
ручкой, при этом обеспечивается равенство Rl = R3.
Резисторы плеч отношений R2 и R4 имеют одинаковые сопротив-
ления по 10, 100 и 1000 Ом, а в блоке образцовых резисторов (БОР)
находятся два резистора Ru сопротивлением 1 и 0,001 Ом. Переключе-
ние резисторов R2. R4 и включение резистора Ro производятся штеп-
селями. Индикатор равновесия — наружный гальванометр с сопро-
тивлением рамки около 9 Ом и внешним критическим сопротивлением
30 Ом.
Конструктивно все узлы моста закреплены на литой силуминовой
плате, установленной в деревянном корпусе. На лицевую сторону пла-
ты (рис. 68) выведены ручки декад плеч сравнения R1 и R3, зажимы,
Рис. 68. Расположение органов управления мо-
стом Р329 на лицевой стороне платы
98
кнопки, панель блока БОР, соединенная массивными медными план-
ками со схемой. Источник питания — аккумулятор с напряжением
2—4 В, емкостью 40—ЮОА-ч.
Соединения токовых и потенциальных зажимов измеряемого со-
противления Rx со схемой моста (см. рис. 67, 6) производят медными
перемычками сопротивлением не более 0,001 Ом. Источник питания
присоединяют двухполюсным переключателем, так как при измере-
нии необходимо менять полярность источника для исключения влия-
ния гермо-э. д. с. на результат измерения.
§ 46. ИЗМЕРЕНИЕ БОЛЬШИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ
МЕТОДОМ ЗАМЕЩЕНИЯ
Для измерения используют гальванометр Гв и многопредельный
шунт, образцовый резистор и источник питания Е е небольшим вну-
тренним сопротивлением (рис. 69) и напряжением I/.
Перед измерением шунт устанавливают в положение наименьшей
чувствительности и, включив питание выключателем К, устанавли-
вают переключатель 11 в положение/. При этом наблюдают отклонен ие
ах стрелки гальванометра. Если стрелка не отклоняется, повышают
чувствительность гальванометра до требуемого значения, увеличивая
сопротивления шунта R ш.
Ток в цепи при этом измерении будет /х —Сгаж = U/Rx, если пре-
небречь внутренним сопротивлением источника и сопротивлением галь
ванометра, так как они значительно меньше измеряемого сопротивле
ния Rx.
Затем переключатель П переставляют в положение 2, наблюдая за
отклонением а2 стрелки гальванометра. Сила тока при втором измере
нии определяется формулой
/2 = С\а2 = O/Rq.
Разделив второе равенство па первое, получим
~ = а21ах = Rx/Ro, откуда Rx = Ro а2/ах.
• X
Если образцовый резистор /?0 переменный (магазин резисторов),
источник питания обладает постоянством внутреннего сопротивления
и сопротивление гальванометра также
остается без изменения, то подбирая
сопротивление резистора Ro, при вто-
ром измерении можно добиться ра-
венства токов /2 = 1 х. При этом
«г — аж и, следовательно, Rx = /?0.
Описанный метод измерения может
применяться для измерения сопротив-
лений изоляции различных объектов
в практике автоматики,телемеханики
и энергетического хозяйства.
Рис. 69. Схемы измерения боль-
ших сопротивлений методом за-
мещения
4*
99
§ 47. ПОКАЗЫВАЮЩИЕ ПРИБОРЫ
ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЙ
Непосредственное измерение сопротивлений с отчетом по шкале
производится стрелочными измерительными приборами, называе-
мыми омметрами, микрометрами или мегомметрами в зависимости от
измеряемых сопротивлений.
По конструкции .измерительного механизма и принципу действия
приборы подразделяются на две группы: с однорамочным измеритель-
ным механизмом и с двухрамочным измерительным механизмом —
логометры.
В схеме омметра (рис. 70, а) однорамочный измерительный меха-
низм И магнитоэлектрической системы соединен последовательно о
добавочным резистором /?л, источником тока, напряжением U и изме-
ряемым сопротивлением Rx. Сопротивление добавочного резистора
должно быть таким, при котором стрелка измерителя И отклоня-
ется до конца шкалы вправо при нажатой кнопке К (Rx — 0). Если
кнопку К разомкнуть (Rx = оо), стрелка установится в конце шкалы
слева на отметке оо (бесконечность). При подключении измеряемого
сопротивления Rx и разомкнутой кнопке К через измеритель прохо-
дит ток
1 - — - и
R Ru + Rx
Этот же ток можно определить по углу отклонения стрелки а и
постоянной прибора по току Ct- / = С,а. Из приведенных уравнений
находят угол отклонения стрелки прибора
У 1 ,,с. 1
а =-----------------= USt--------------,
Ci Rn+Ru'V^x /?д+ЯИ+КЯ
где S; = ------чувствительность прибора по току.
Как видно из последнего равенства, при постоянстве произведения
USt угол отклонения стрелки прибора будет зависеть от измеряемого
сопротивления Rx, так как сопротивление добавочного резистора Ra
и сопротивление измерителя /?„ величины постоянные. Поэтому шка-
Р1)С. 70. Схема однорамочного омметра и устройство маг-
нитного шунта
100 '
лу измерителя градуируют в единицах измеряемых величин: омах,
килоомах или мегаомах.
Верхний предел измерений приборов зависит от чувствительности
измерителя И и напряжения U питающей батареи. Обычно в мегаоммет-
рах используется напряжение источника порядка десятков и даже со-
тен вольт, а в омметрах — порядка нескольких вольт.
Батарея из сухих элементов, питающая прибор, с течением вре-
мени изменяет свое напряжение, поэтому нарушается правильность
показаний омметра. Для предотвращения этого необходимо обеспечить
постоянство произведения USt путем регулировки чувствительности
Si, что достигается при помощи электрического или магнитного шунта.
В схеме, приведенной на рис. 70, а, штриховой линией показано под-
ключение шунтирующего переменного резистора /?ш.
Величины /?д и наименьшее значение /?ш подбираются при зам-
кнутой кнопке такими, чтобы стрелка прибора установилась на нуль
шкалы. По мере расходования энергии батареи U вводится большее
сопротивление шунта, благодаря чему увеличивается чувствитель-
ность прибора, а произведение US, остается постоянным.
Такое же действие оказывает магнитный шунт, используемый в
некоторых омметрах (например, типов М57, М471). Магнитный шунт
(рис. 70, б) представляет собой пластинку 2 из мягкого ферромагнит-
ного материала, расположенную у полюсов W—S постоянного магни-
та измерителя. Положение пластинки 2 относительно полюсов магни-
та можно изменять вращением головки / регулировочного винта, вы-
веденного наружу корпуса омметра. В зависимости от положения пла
стинки часть магнитного потока, ответвляемого через нее, а следова-
тельно, и магнитная индукция в воздушном зазоре S будут изменять-
ся. Поэтому изменится и чувствительность прибора. Регулировкой
магнитного шунта обеспечивается постоянство произведения USt-
Последовательная схема соединения измеряемого сопротивления
с измерителем И используется при измерениях больших сопротивле-
ний, так как малые сопротивления при последовательном включении
с измерителем и добавочным резистором мало влияют на изменение
силы тока, стрелка прибора почти не изменяет своего положения и от-
счет измеряемого сопротивления по шкале невозможен.
Для измерения относительно малых сопротивлений применяют
параллельную схему включения измеряемого сопротивления R'x и из-
мерителя И (на рис. 70, а показана пунктиром). В этом случае, так
же как и при предыдущем способе включения, угол отклонения стрел-
ки измерителя зависит от измеряемого сопротивления Rx. Показания
прибора зависят от напряжения питающего источника.
В описанных омметрах перед измерением обязательно производят
проверку нулевого положения стрелки При последовательной схеме
замыкают кнопку К и регулировкой магнитного шунта или шунти-
рующего сопротивления добиваются установки стрелки на нуль шка-
лы, что соответствует отметке бесконечности оо при параллельной схе-
ме включения измеряемого сопротивления R'x.
В более совершенных системах омметров и мегаомметров исполь-
зуются измерительные механизмы — логометры, показания которых
101
Рис. 71. Схема устройства ло-
гометра
не зависят от изменения напряжения
источника в определенных пределах.
Схема, поясняющая принцип действия
логометра, приведена на рис. 71. Под-
вижная часть прибора состоит из двух
рамок п1 и п2, расположенных в поле
постоянного магнита. Эти рамки жестко
укреплены на оси под углом друг к
другу. Обмотки рамок соединены так,
что проходящие по ним точки создают
вращающие моменты, направленные в
противоположные стороны.
В цепи рамки п.1, обладающей со-
противлением R1, включен последова-
тельно резистор с известным сопротив-
лением R, а в цепь рамки п2 (с сопротивлением R2)— последователь-
но измеряемое сопротивление Rx. При замыкании кнопки Л в обмот-
ках рамок п1 и п2 появятся токи:
А = —-—; 4 = —-—,
Rl + R R2+Rx
где Е — напряжение источника постоянного тока.
Эти токи создадут два вращающих момента, определяемых по фор-
мулам:
Mi = и М2 — l2B2s2w2,
где Si и s2 — площади рамок;
го, и w2 — число витков в обмотках рамок;
BL и В2 — значения магнитной индукции в зазоре между полю-
сами магнита Л’ и S и рамками п! и п2. Они зависят от
угла поворота рамок, так как ширина зазора вдоль ок-
ружности сердечника неодинаковая.
Обозначив через /j(a) и /2 (а) зависимости индукции в зазоре от
угла поворота подвижной части прибора (с учетом параметров рамок),
можно представить выражения вращающих моментов в общем виде:
Л11 = /1Л (а) и Мг = /-Л (а).
Под действием разности моментов подвижная часть прибора пово-
рачивается, занимая положение, при котором наступает равенство
моментов Мг = М2. При этом /J, (а) = I.J2 (а), откуда
у-==/з (а) или а — (35)
А /1 (а) \ It I
Последнее уравнение показывает, что отклонение подвижной ча-
сти прибора, а значит, и его показания зависят от отношения токов
fi и /2. Такие измерительные приборы независимо от их принципа
действия называют логометрами.
Токи /j и /а изменяются пропорционально изменению напряжения
при постоянстве значений сопротивлений R1 + R и R2 4- Rx, сле-
довательно, показания прибора не зависят от напряжения источника
102
питания Е, так как с изменением напряжения отношение токов оста-
ется неизменным. Поэтому у логометров отсутствуют механические
элементы, создающие противодействующий момент.
Отношение токов и /2 может изменяться в зависимости от изме-
нения Rx при постоянстве значений остальных элементов схемы, что
видно из выражения ,
Е
Ii = /?/ + /? _ R2A-RX .
/2 - g R1 + K
R2+Rx
Поэтому шкалу прибора можно градуировать в единицах из-
меряемой величины.
Путем подбора различных значений величин сопротивления до-
бавочного резистора и шунтов к одной из рамок прибора, а также со-
ответствующего напряжения источника питания Е можно получить
различные пределы измерений — омы, килоомы, мегомы. Следует
иметь в виду, что при значительном снижении напряжения на точность
показаний может оказывать влияние трение в подпятниках оси рамок,
а при очень больших напряжениях могут повредиться обмотки рамок
и другие детали прибора.
I
§ 48. ОММЕТРЫ ТИПОВ M37I, М57, M47I И М218
Малогабаритные переносные омметры с однорамочным измеритель-
ным механизмом типа М371 выпускаются двухпредельные с предела-
ми измерений: 10—100 кОм; 100 кОм — 10 МОм и трехпредельные
100—1000—10 000 кОм.
В схеме трехпредельного омметра М371 (рис. 72, а) резисторы R1,
R2, R3, R4, R5 и R6 служат для подгонки пределов шкал в заводских
условиях. Цепь, составленная из резисторов R7 и R8 с переменным со-
противлением, предназначена для регулировки чувствительности при-
Рис. 72. Схема и внешний вид трехпре-
дельного омметра М371
103
бора и установки его стрелки на нуль шкалы перед измерениями.
Лимб 2 резистора R7 выведен с правой стороны прибора (рис. 72, 6).
Установка стрелки на бесконечность производится при помощи кор-
ректора 1.
Шкала прибора имеет 100 делений. Измеряемое сопротивление
присоединяют к зажиму с обозначением «—» (минус) и к одному из
зажимов, против которых указаны множители: Xl, X 10, X100
(в зависимости от величины измеряемого сопротивления).
Перед каждым измерением предварительно замыкают накоротко
зажимы, к которым будут подключать измеряемое сопротивление,
и поворотом лимба 2 устанавливают стрелку прибора на нуль. Затем,
разъединив зажимы, подключают к ним измеряемое сопротивление
и определяют его величину, перемножив показания прибора на чис-
ловое значение множителя, написанного возле соответствующего за-
жима.
Прибор питается от сухого элемента Е, встроенного в корпус,
или от внешнего источника, подключенного к зажимам е обозначе-
нием «—» и «+».
Омметры М371 применяют для контрольных измерений в различ-
ных электротехнических устройствах и аппаратуре. Омметры преж-
них выпусков типов М57 и М471 с однорамочными измерительными
механизмами отличаются от омметров М371 пределами измерения,
способом регулировки чувствительности и установки стрелки на нуль
шкалы перед измерениями.
В многопредельном омметре промышленного типа M21S применен
двухрамочный измерительный механизм. Омметр используется в ла-
бораторных, цеховых и полевых условиях. Прибор позволяет изме-
рять сопротивления в диапазоне от 0,1 Ом до 10 МОм на восьми пре-
делах измерений.
Основная погрешность в зависимости от предела измерения не
превышает ± 1,5 или ± 2,5% от длины шкалы.
Питание прибора производится от сети переменного тока напря-
жением НО, 127 или 220 В (± 10%) при частоте от 50 до 800 Гц или
от источника постоянного тока напряжением 6 В через приставку —
вибропреобразователь типа П41.
Прибор также может питаться от пяти сухих элементов, рас-
положенных внутри приставки.
Измеритель многопредельного омметра М218 представляет собой
чувствительный логометр магнитоэлектрической системы, благодря
Рис. 73. Упрощенные схемы омметра М218
104
чему показания прибора не зависят
от колебаний питающего напряжения
и не требуется регулировка прибора
перед или в процессе производства
измерений.
В зависимости от значений изме-
ряемых сопротивлений (от пределов
измерений) в приборе используется
последовательная (рис. 73, а) или па-
раллельная (рис. 73, б) схема измере-
ния. В первой схеме измеряемое со-
противление Rx включено последова-
тельно с большой рамкой измерителя.
Поэтому чем больше Rx, тем меньше
угол отклонения стрелки прибора.
В этом случае шкала будет обратной
(справа 0, слева оо). Сопротивления Рис. 74. Лицевая панель омметра
резисторов R1 и R2 неодинаковы для М218
разных пределов измерений.
Во второй схеме измеряемое сопротивление Rx включено параллель-
но большой рамке измерителя. С увеличением Rx возрастает ток, от-
ветвляющийся в большую рамку, и увеличивается угол отклонения
стрелки прибора. Следовательно, шкала прибора прямая (слева О,
справа оо). Резисторы R1 и R2 служат для совмещения шкал на разных
пределах измерений.
Пределы измерений прибора изменяют переключателем 1 (рис. 74),
расположенным на лицевой панели. В зависимости от положения
переключателя в схему прибора включаются различной величины шун-
ты и добавочные резисторы, благодаря этому изменяются границы изме-
рений.
Шкала 2 у прибора двухрядная, зеркальная. Нижний ряд от-
меток шкалы нанесен красной краской и предназначен для отсчета
величин сопротивлений от 0,1 до 100 Ом (прямая шкала). Верхний ряд
отметок шкалы (черного цвета) предназначен для отсчета значений от
0,1 кОм до 10 МОм (обратная шкала); характер обеих шкал логариф-
мический. Над измерителем на лицевой панели помещен сетевой пре-
дохранитель 3, закрытый защитным колпачком.
Для подключения измеряемых сопротивлений на панели имеются
зажимы. Два зажима 6 о основанием, окрашенным в красный цвет,
предназначены для подключения сопротивлений от 0,1 до 100 Ом. Пара
зажимов 5 с основаниями, окрашенными в белый цвет, преднаначена
для подключения измеряемых сопротивлений от 0,1 кОм до 100 МОм.
Пределы измерения, обозначенные на панели переключателя преде-
лов, окрашены в цвета в соответствии с маркировкой зажимов. На
задней боковой стенке прибора имеется гнездо для подключения штеп-
сельного разъема при питании прибора от сети. Там же помещена штеп-
сельная розетка для подключения приставки П41.
Перед измерениями к прибору подключают питание и присоединяют
измеряемое сопротивление. Затем нажимают кнопку 4, при этом за-
105
горается сигнальная лампочка 7 и отклоняется стрелка прибора. Про-
изведя отсчет, кнопку отпускают.
Прибор оформлен в металлическом корпусе, снабжен крышкой и
ручкой для переноски,
§ 49. МИКРООММЕТР ТИПА М246
Для измерения малых сопротивлений менее (1 Ом) применяется
показывающий прибор — микроомметр М246, который представляет
собой многопредельный переносный технический прибор с пределами
измерения 0—100—1000 мкОм; 10—100—1000 МОм. Основная погреш-
ность измерения сопротивлений не превышает ± 3,5% длины шкалы на
пределе измерения до 100 мкОм, а на пределах от 100 мкОм до 1000 МОм
(1 Ом) — не более ± 2%. Питание прибора производится от сети
переменного тока напряжением НО, 127 или 220 В ± 10% с частотой
50—800 Гц или от аккумулятора с напряжением 2,5± 0,5 В емкостью
не менее 40 А-ч. В приборе применен чувствительный измерительный
механизм магнитоэлектрической системы — логометр. Его малая рам-
ка РМ (рис. 75), зашунтированная резистором /?ш, включается в то-
ковую цепь последовательно с источником питания Ей измеряемым со-
противлением Rx. Резистор R служит для ограничения тока в измеряе-
мой цепи.
К потенциальным зажимам П1 и П2 присоединяется большая рам-
ка РБ с добавочным резистором /?д. При измерении замыкают кнопку
К- Ток от источника Е проходит через малую рамку прибора РМ
с шунтом /?ш и последовательно через измеряемое сопротивление Rx,
создавая на нем падение напряжения и пропорциональный этому
падению напряжения ток в большой рамке РБ. Под действием тока,
обтекающего рамку РБ, возникает вращающий момент, а-противодей-
ствующий момент создается током, проходящим в цепи рамки РМ.
В результате отклонение подвижной части логометра будет пропорци-
онально величине измеряемого сопротивления.
Сила тока в последовательной цепи в зависимости от измеряемого
сопротивления может быть в пределах от 0,1 до 20 А
Конструктивно микроомметр М246 оформлен в прямоугольном кор-
пусе из листовой стали. На верхней лицевой панели (рис. 76) под смот-
ровым стеклом 2 расположена шкала ло-
гометра. Отсчет измеряемых величин по
шкале производится при помощи теневой
стрелки. Питание к прибору подключается
через переходной разъем 3 (сеть перемен-
ного тока) и предохранитель 10 или к за-
жимам 4 (если прибор питается от аккуму-
лятора).
Перед измерениями переключатель пи-
тания 5 устанавливают в положение, соот-
ветствующее рабочему напряжению (~ 110,
~ 127, ~ 220 или = 2,5 В). Измеряемое

Т1^Гтг
Рис. 75. Упрошенная схема
микроомметра М246
106
Рис. 76. Верхняя панель микроомметра М216
сопротивление присоединяют к прибору при помощи двух специаль-
ных двухпроводных щупов' Для их подключения на панели разме-
щены два токовых зажима 6 с обозначением Т и два потенциальных 7,
обозначенных буквой П. Наконечники щупов присоединяют к указан-
ным зажимам, соблюдая при этом обозначенную на них маркировку.
Требуемый предел измерения устанавливают переключателем 8,
против которого указаны границы пределов измерений. Если порядок
величины измеряемого сопротивления неизестен, переключатель 8
ставят в крайнее правое положение (1000 МОм).
Подготовив прибор, тумблером 9 включают питание. Нажимают
кнопку /, при этом в схеме прибора включается в рабочее положение
поляризованное реле, предназначенное для защиты логометра от пе-
регрузок при неправильном выборе предела измерения. Острыми кон-
цами щупов подключаются к измеряемому сопротивлению и произво-
дят отсчет по шкале в учетом цены деления на выбранном пределе из-
мерения. Необходимо следить, чтобы концы щупов, обозначенные бук-
вой /7, были обращены к середине измеряемого сопротивления и сов-
падали с точками, между которыми производится измерение.
Если предел измерения выбран неправильно, поляризованное реле
отключает от источника тока рабочую цепь и теневой указатель шкалы.
Для восстановления рабочего положения схемы необходимо от-
соединить измеряемое сопротивление, правильно установить предел
измерения, нажать кнопку 1, включающую реле, и повторить измерение.
107
Выполнив измерение, надо отключить сопротивление и тумблером 9
выключить прибор.
Микроомметр типа М246 широко используется в устройствах ав-
томатики и телемеханики, электротяги и энергетического хозяйства для
измерений переходных сопротивлений контактов, сопротивления экра-
нировок, сопротивления мест сварки, пайки, сопротивления рель-
совых соединителей и других подобных цепей.
§ 50. КИЛООММЕТР С ЦИФРОВЫМ ОТСЧЕТОМ ТИПА Е6-5
Прибор предназначен для измерения активного сопротивления от
0,001 до 9999 кОм в лабораторных или производственных условиях.
В состав схемы килоомметра (рис. 77) входят: измерительный блок
БИ, блок управления БУ, нуль-орган НО, блок цифрового отсчета
БЦО, цифровой индикатор ЦИ и блок питания БП.
Измерительный блок представляет собой схему четырехплечего
измерительного моста с известными сопротивлениями резисторов R1,
R2, R3 и неизвестным измеряемым сопротивлением резистора Rx.
К диагонали АБ подключен источник постоянного тока, а к другой
диагонали — нуль-орган, фиксирующий состояние равновесия изме-
рительного моста. Уравновешивается мост подбором сопротивления ре-
зисторов Rl, R2 и R3. Это осуществляется автоматически с помощью
блока БУ путем перебора всех резисторов, входящих в плечи моста,
гключенными в схему остаются те из них, при которых показание бло-
ка НО будет равно нулю. При этом выполняется равенство RXR2 —
R /
- R1R3, из которого определяется Rx =
В блоке БЦО, также управляемом блоком БУ, происходит пре-
< бразование информации об измеряемом сопротивлении, выраженной
серез сопротивление резисторов второго плеча в цифровой десятичный
код. При этом на цифровом индикаторе появляется результат измере-
ния в виде’светящихся цифр. Питание всех узлов схемы килоомметра
сбеслечивается блоком БП, к которому подается напряжение от сети
Рис. 77. Функциональная схема кило-
омметра с цифровым отсчетом Е6-5
Рис. 78. Килоомметр с цифровым отсче-
том Еб-5
108
переменного тока 220 В ± 10%, частотой 50 Гц. В блоке имеются шесть
выпрямителей на полупроводниковых диодах, один из которых выда-
ет постоянное напряжение 40 В, стабилизированное электронным ста-
билизатором, питающее схему измерительного моста.
Конструктивно килоомметр выполнен в виде настольного прибо-
ра (рис. 78) в алюминиевом пылевлагонепроницаемом корпусе. На
переднюю панель выведены: блок цифрового отсчета, предохранитель
на 1 А, выключатель питания, провод для присоединения прибора к
электросети, тумблер переключения предела измерения, входное гнез-
до «Вход», зажим заземления и зажим для дистанционного запуска.
Перед измерением к зажиму, отмеченному знаком «_1_», надо под-
ключить заземление. Измерение прибором производится нажатием
и отпусканием кнопки «Запуск» после подключения к прибору из-
меряемого сопротивления.
' § 51. ЛОГОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕГОММЕТР ТИПА М1101М
При испытании изоляции электрических цепей, кабелей, обмоток
и других подобных цепей применяют мегомметры, предназначенные для
измерения больших сопротивлений. К числу таких приборов относит-
ся мегомметр промышленного типа М1101М. Приборы этого типа су-
ществуют трех модификаций с номинальными напряжениями при ра-
зомкнутой цепи: 100 В, предел измерения 100 МОм; 500 В — 500 МОм;
1000 В — 1000 МОм. Каждый предел измерения имеет два поддиапа-
зона: на одном из них измеряют сопротивления в килоомах — кОм,
на другом — в мегомах — МОм. Рабочая часть шкалы измерителя
находится в пределах 80% всей длины шкалы.
В приборе (рис. 79) применен магнитоэлектрический логометр
с рабочей РР и противодействующей ПР рамками, в цепи которых
включены добавочные резисторы /?/, R2, R3 и R4 для подгонки пре-
делов шкал. Источником тока, питающим прибор, служит генератор
Г переменного тока, включенный через селеновые выпрямители В1
и В2 с конденсаторами С1 и С2 по схеме удвоения напряжения.
Для выбора одного из пределов измерений служит переключа-
тель П. Перед измерением необходимо проверить исправность прибора;
для этого вращают ручку генера-
тора Г при разомкнутых зажимах
и наблюдают за стрелкой измери-
теля И. При этом стрелка должна
установиться по шкале на отметку
бесконечности «оо», а при замкну-
тых зажимах —' на отметку нуль
«0». Если стрелка не устанавли-
вается на указанные отметки, при-
бор неисправен.
Проверив прибор, необходимо
убедиться в отсутствии напряже-
ния в испытуемых электрических
R2
Рис.' 79. Принципиальная схема ме-
гомметра М1101М
109
цепях; после чего цепь или измеряемое сопротивление присоединяют
к зажимам Л и 3, расположенным на лицевой крышке корпуса при-
бора. В зависимости от положения переключателя П измеряемое со-
противление будет включено в цепь последовательно (при измерении
по шкале МОм) или параллельно (при измерении по шкале кОм) с
рамкой РР. Затем вращают ручку генератора с номинальной ско-
ростью около 120 об/мин. При этом в рамках лого.метра появятся
токи. В цепи рамки ПР сила тока зависит только от напряжения гене-
ратора, а ток в цепи рамки РР зависит от величины измеряемого сопро-
тивления. Поэтому отношение токов, а следовательно, и положение
подвижной части прибора определяются величиной измеряемого сопро-
тивления, которую и показывает по шкале стрелка измерителя И.
Прибор оформлен в пластмассовом корпусе обтекаемой формы.
§ 52. ЛАМПОВЫЙ МЕГОММЕТР ТИПА МЕГ-9
Недостатком логометров, предназначенных для измерений сопро-
тивлений, является относительно низкий верхний предел измерений,
не превышающий 1000 МОм. Поэтому в технике измерений широко
применяются ламповые мегомметры, у которых верхний предел изме-
рений достигает десятков тысяч мегомов, а также ламповые тераом-
метры с верхним пределом измерений порядка десятков тераомов.
Принцип действия лампового мегомметра иллюстрируется схемой
(рис. 80), представляющей собой мост, в одно плечо которого включена
электронная лампа. Мост уравновешен при отключенном сопротивле-
нии Rx. Равновесие схемы достигают подбором величины сопротивле-
ния переменного резистора R1. При этом стрелка индикатора И ус-
танавливается на нуле шкалы.
Подключение измеряемого сопротивления Rx между анодом и сет-
кой лампы приводит к изменению потенциала сетки. Его величина
зависит от сопротивления Rx и калиброванного резистора R, сопротив-
ление которого остается постоянным для данной границы измерений.
Вследствие изменения потенциала сетки изменяется внутреннее
Рис. 80. Элементарная схе-
ма лампового мегомметра
сопротивление лампы и нарушается рав-
новесие моста. Стрелка измерителя И от-
клоняется от своего нулевого положения
на угол а, зависящий от потенциала на сет-
ке лампы, т. е. измеряемого сопротивле-
ния Rx. Поэтому шкалу измерителя можно
отградуировать в единицах сопротивления,
т. е. в омах, килоомах, мегомах (или
тераомах).
Изменение пределов измерения дости-
гается подбором сопротивления калибро-
ванного резистора R, от которого зависит
чувствительность прибора.
Рассмотренный принцип действия поло-
жен в основу работы мегомметра МЕГ-9.
ПО
Рис 81 Ламповый мегомметр МЕГ-9
Это переносный прибор полевого типа, предназначенный для измере-
ния сопротивления изоляции кабеля и других объектов при электри-
ческой емкости их, не превышающей I мкФ.
Прибор допускает измерение сопротивления изоляции в пределах
от 1 до 100 000 МОм на пяти поддиапазонах при напряжении па из-
меряемом объекте до 150 В. Основная погрешность прибора в зависи-
мости от выбранного диапазона измерения неболее± 10 или ± 15%.
Входное устройство мегомметра МЕГ-9 (рис. 81, а) состоит из об-
разцового резистора Ro (отдельного для каждого диапазона измере-
ния) с переключателем П рода работы — «разряд», «заряд» и «измере-
ние». Резисторы R1 и R3 обеспечивают требуемый режим разряда
и заряда емкости С измеряемого объекта Rx.
Измеритель мегомметра MQ — стрелочный магнитоэлектрический
микроамперметр, проградуированный в мегомах, включен в диаго-
наль моста, представляющего собой усилитель постоянного тока (УПТ).
Электрометрический триод Л и резистор R5 катодной нагрузки обра-
зуют два плеча моста; два других плеча составляют резисторы R6,
R9 и переменный резистор R8, предназначенный для начального урав-
новешивания схемы (установки стрелки измерителя на отметку бес-
конечности «оо») Переменный резистор R7 служит для начальной ре-
гулировки усиления («установка 1 MQ»). Резистор R4 совместно с1 диода-
ми Д1 и Д2 образует схему защиты измерителя MQ от опасных пере-
грузок. Резистор R2 ограничивает ток сетки триода при неправильно
выбранных пределах измерений и совместно с конденсатором С1 пре-
пятствует попаданию помех на вход усилителя.
Питается мегомметр от двух сухих элементов Б1 и Б2, подклю-
ченных к преобазователю напряжения ПН. собранному на двух тран-
зисторах. Переменное напряжение с выхода преобразователя подает-
ся на выпрямители В1 и В2. Первый выпрямитель обеспечивает анод-
ное питание усилителя, а второй — образцовое напряжение -I- 150 В,
питающее измеряемую цепь. В схемах выпрямителей используются
полупроводниковые диоды Нить накала лампы усилителя питается
непосредственно от элементов.
111
Органы управления прибором размещены на его лицевой горизон-
тальной панели (рис. 81, б): зажимы 2 и 5 для подключения измеряемой
цепи, зажим 5 для заземления, переключатель пределов измерения 6,
измеритель 7, переключатель рода работы 11, ручка включения 8
и установки номинального напряжения, ручка 10 переменного ре-
зистора для установки стрелки измерителя на отметке «оо», кнопка 9
для включения цепи проверки питания, кнопка 1 и ручка 12 перемен-
ного резистора цепи для установки стрелки измерителя на отметку
«1MQ» и кнопка 4 для выключения прибора при закрытой верхней
крышке.
Перед измерением переключатель 11 устанавливают в положение
«X 1», нажимают кнопку 9 и вращают ручку 8 до установки стрелки из-
мерителя 7 на отметку шкалы «Контроль питания». Потом вращают руч-
ку 10 до установки стрелки на отметку «оо». Затем нажимают кнопку
1 и вращением ручки 12 добиваются установки на отметку «1».
Подготовив прибор к работе, подключают измеряемый объект Rx
и переводят переключатель 11 последовательно в положения «заряд»
и «измерение». Затем нажимают кнопку 9 и если необходимо ручкой
8 восстанавливают номинальное значение напряжения питания. По-
ворачивают ручку 6 до получения отклонения стрелки измерителя в
отсчетной части шкалы 1 4- 10 и снимают показания прибора « уче-
том множителя, указанного ручкой 6. Закончив измерения, выключают
питание ручкой включения 8.
§ 53. КОМБИНИРОВАННЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
(АВОМЕТРЫ)
Комбинированные приборы, предназначенные для измерения тока
и напряжения в цепях постоянного и переменного тока, называют аво-
метрами. В некоторых типах этих приборов также предусмотрена
возможность измерения емкости, импульсных токов и уровней передач.
Принцип действия авометра можно рассмотреть по упрощенной
схеме (рис. 82). В устройстве прибора магнитоэлектрический микро-
амперметр рА, градуированный в единицах измеряемых величин, и
преобразователь переменного тока в постоянный (диоды Д 1,Д2 и рези-
сторы R1, R2). Для переключения измерительных цепей применен пе-
реключатель /7 с передвижными контактами R1 и R2. С помощью это-
го переключателя любая измерительная цепь может быть подключена
к входным зажимам 1 и 2 авометра.
При измерении переменного напряжения в измерительную цепь
включается последовательно резистор R4, измеритель рА в преобра-
зователем напряжения (диоды Д/, Д2, резисторы Rl, R2), а при из-
мерении постоянного напряжения — добавочный резистор R12 и цепь
измерителя рА. При измерении тока цепь измерителя, состоящая из
последовательного соединения микроамперметра и резисторов R3,
R6, присоединяется параллельно к шунту R5.
Питание схемы омметра на пределе измерения сопротивлений по-
рядка сотен омов осуществляется от гальванического элемента Б1.
112
Рис. 82. Принципиальная схема
авометра
Рис. 83. Вид верхней пане-
ли комбинированного при-
бора Ц4312
При переходе па более высокий предел измерения последовательно
в измерительную схему добавляется еще один элемент Б2. Перемен-
ный резистор R7 служит для установки стрелки прибора перед изме-
рением сопротивления на нулевую отметку шкалы (см. § 47). Осталь-
ные резисторы в схеме предназначены для подгонки шкал микроам-
перметра на соотбетствующий предел измерения заданных величин.
Промышленность выпускает много разновидностей комбинирован-
ных приборов. Из них, в практике измерений в устройствах транспорт-
ной связи, автоматики и телемеханики, получили распространение
комбинированные переносные приборы типов Ц4312 и Ц4380.
Прибор типа Ц4312 предназначен для измерения постоянного тока
от 0,3 мА до 6 А (на 9 пределах), постоянного напряжения от 75 мВ
До 900 В (на 10 пределах), переменного тока от 1,5 мА до 6 А (на 8
пределах), переменного напряжения от 0,3 В до 900 В (на 9 пределах),
сопротивления постоянному току от нескольких омов до 3 МОм (на
5 пределах). Класс точности прибора при измерениях на постоянном
токе 1,0; на переменном токе 1,5. Прибор помещен в пластмассовый
корпус, состоящий из основания и крышки. На верхней крышке
(рис. 83) расположены: 1 — кнопочный переключатель рода работы;
2 — переключатель пределов измерений со шкалой; 3 — стрелочный
измерительный прибор; 4 и 6 — зажимы для включения измеряемой
Цепи; 5 — гнездо для подключения измеряемых сопротивлений и 7 —
113
ручка переменного резистора установки нуля прибора перед измере-
нием сопротивлений. Основные правила работы с прибором указаны
па тыльной стороне корпуса.
Прибор Ц4380 предназначен для измерения силы постоянного,
переменного и импульсного тока от 6 мА до 15 Л (на 8 пределах),
напряжения постоянного тока и импульсного тока постоянного на-
пряжения от 75 мВ до 600 В (на 9 пределах), напряжения перемен-
ного тока и импульсного тока переменного направления от 0,3 до 600 В
(на 8 пределах) и сопротивления постоянному току от 0,1 кОм до 1 МОм
(на 4 пределах).
Основная погрешность измерений в зависимости от предела из-
мерения и рода измеряемой величины от‘± 1,5 до ± 2,5%, а при из-
мерениях импульсного тока и напряжения до ± 5%.
По техническим характеристикам прибор подходит для измерений
в устройствах железнодорожной автоматики и телемеханики.
Г л а в а 7
САМОПИШУЩИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
§54. НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ
САМОПИШУЩИХ ПРИБОРОВ
В условиях эксплуатации промышленных и энергетических
объектов возникает необходимость контролировать ряд величин в
течение всего времени работы установки. Для этой цели применяют
электроизмерительные приборы с автоматическими записывающими
устройствами. Эти приборы называются самопишущими или реги-
стрирующими и подразделяются на самопишущие приборы непосред-
ственного отсчета и осциллографы. Осциллографы служат для наблю-
дения и записи быстроменяющихся величин и рассмотрены в гл. 26.
В данной главе рассматриваются самопишущие приборы непо-
средственного отсчета, которые представляют сочетание электроиз-
мерительного механизма той или иной системы е дополнительным уст-
ройством для записи показаний на бумажной ленте или круговой дис-
ковой диаграмме. Подвижная часть электроизмерительных механиз-
мов, которые применяются в самопишущих приборах, обладает инер-
цией. Поэтому эти приборы пригодны для регистрации величин, из-
менение которых происходит не быстрее одного периода в 1 с. Самопи-
шущие приборы используются в цепях постоянного тока (запись кри-
вых изменения тока и напряжения) и переменного тока.
По способу записи самопишущие приборы классифицируются на
приборы с непрерывной записью и приборы с точечной записью.
По виду записи все самопишущие приборы делятся на три группы:
приборы с записью на диске; приборы с записью на барабане; приборы
с записью на ленте. Приборы с записью на диске пригодны только
114
для записи медленно изменяющихся процессов Примером таких при-
боров могут служить автоматические мосты типа ЭМД и потенциомет-
ры ЭПД. Примером прибора с записью на барабане может служить
двухкоординатный регистрирующий прибор типа Н359. В этом при-
боре контролируемую величину записывают в двух координатах на
прямоугольную бумажную диаграмму, укрепленную на барабане
Приборы с записью на ленге являются самыми распространенны-
ми. Они дают возможность регистрировать довольно быстро протекаю
щие процессы с частотой до нескольких герц. Для этой цели служат
приборы типа Н349.
§ 55. САМОПИШУЩИЕ ПРИБОРЫ
С НЕПРЕРЫВНОЙ ЗАПИСЬЮ
Самопишущие приборы в непрерывной записью, помимо стрелоч-
ного указателя, имеют пишущее приспособление — перо, которое не-
прерывно записывает значения измеряемой величины. При движении
пера по бумаге возникает трение, которое создает дополнительную по
грешность. Поэтому в самопишущих приборах используют измери-
тельные механизмы магнитоэлектрической и ферродинамических си
стем, обладающие большим вращающим моментом.
По характеру записи регистрирующие приборы с непрерывной
записью подразделяются на приборы о записью показаний в прямо
угольной системе координат и приборы g записью в криволинейной
системе координат.
Конец стрелки измерительного прибора и перо, укрепленное на
ней, обычно движутся по дуге, и запись показаний получается в кри-
волинейной системе координат. Для получения записи в прямоуголь-
ной системе координат бумагу
располагают по дуге либо при-
меняют механизмы, преобразую-
щие дуговое перемещение пера
в прямолинейное. На рис. 84
схематически показано устрой-
ство прибора о непрерывной
записью в прямолинейной систе-
ме координат.
На дугообразном стрелкодер-
жателе 1, который закреплен на
одной оси с рамкой измеритель-
ного прибора, укреплены копье-
видная стрелка и капиллярное
перо 2, нижний конец которого
погружен в неподвижную чер-
нильницу 3. Диаграммная лента,
имеющая по краям отверстия
(перфорации), движется сверху
вниз с помощью лентопротяж-
Рис. 84. Устройство прибора с непре-
рывной записью в прямолинейной си-
стеме координат
115
ного механизма. Проходя в зоне записи, лента изгибается по дуге,
ось которой совпадает с осью прибора. Перо прибора -выполнено из
трубки Г-образной формы с малым внутренним диаметром. Под дей-
ствием капиллярных сил чернила в трубке поднимаются вверх, ос-
тавляя след в точке соприкосновения пера с бумагой. Скорость пере-
мещения ленты зависит от скорости изменения искомой величины
и лежит в пределах от 5 мм/ч до 14' 400 мм/ч. Она регулируется набором
сменных шестерен лентопротяжного механизма.
В некоторых самопишущих приборах для получения записи в пря-
моугольных координатах применяют выпрямляющее устройство с эл-
липсоидным коромыслом (рис. 85). На одной оси с рамкой 4 укреплен
рычаг 2, шарнирно-связанный со стрелкой /, верхний конец которой
перемещается между двумя параллелями 3, а нижний, несущий перо
с чернилами, вычерчивает кривую в горизонтальной плоскости. Запись
показаний в прямоугольных координатах усложняет конструк-
цию измерительных механизмов и вносит дополнительную погреш-
ность.
В переносном самопишущем приборе (рис. 86, а) запись показаний
производится с помощью пера, подвешенного на конце стрелки 2
и скользящего по горизонтальному участку диаграммной бумаги
(рис. 86, б). Перо прибора — миниатюрный металлический цилиндр 4
с впаянным стеклянным капилляром 3, с противоположной стороны ко-
торого находится противовес 1, служащий для создания минималь-
ного нажима пера на бумагу. Металлический цилиндр при помощи пи-
петки заполняется специальными чернилами. Конструкция пера может
быть и иной. На диаграммной бумаге типографским способом нанесе-
на координатная сетка в криволинейных координатах, па которой пе-
ро прочеркивает линию, соответствующую перемещению стрелки.
Отсчет измеряемой величины производится с помощью масштабной
Рис. 85. Эллиптический вы-
прямляющий механизм
линейки, прилагаемой к каждому при-
бору. Л1асштабная линейка, одна сто-
рона которой имеет такую же форму,
как и кривизна поперечных линий на
диаграммной бумаге, накладывается на
диаграмму, и по отметкам на линейке
производится отсчет измеряемой вели-
чины.
В самопишущих амперметрах и вольт-
метрах постоянного гока применяется
измерительный механизм магнитоэлек-
трической системы. В самопишущих
приборах переменного тока установлен
измерительный механизм выпрямитель-
ной или ферродинамической системы.
Ферродинамический измерительный ме-
ханизм двухэлементный, что дает воз-
можность использовать его как в трех-
фазных ваттметрах, так и в ампермет-
рах и вольтметрах.
116
Рис. 86. Самопишущий прибор:
п —внешний вид: б — конструкция пера с подвижной чернильницей
Для перемещения диаграммной ленты используются следующие
приводы: от часового механизма, электрические, от часового механиз-
ма с электрическим подзаводом и от первичных часов. Наиболее распро-
странены первые два привода. В качестве электрического привода
применяются малые синхронные двигатели. В переносных самопишу-
щих приборах часто устанавливают часовой механизм в ручным пру-
жинным заводом.
На электрических станциях для записи нормального и аварий-
ного режимов работы применяют самопишущие приборы в ускоренной
записью. При нормальном режиме работы агрегатов скорость передви-
жения лента в приборе равна 60 мм/ч, а при возникновении аварий-
ного режима скорость передвижения диаграммной ленты автоматиче-
ски увеличивается в 600 раз. При повышенной скорости записи большое
значение имеет уменьшение времени успокоения подвижной части
прибора. Для этого в приборах Н385 и Н388 на одной оси укреплены
две рамки, одна из которых замкнута на сопротивление и создает тор-
мозящий момент, успокаивающий систему
в дечение 0,2 с.
Перемещение бумаги в приборах о
ускоренной записью осуществляется им-
пульсным электромагнитным механизмом,
работающим от двух датчиков импульсов
(приставка Р-335). При нормальном режиме
работает первый датчик, и лента движется
со скоростью 60 мм/ч. При аварийном ре- [ 11
жиме реле, включенное в измеряемую цепь, l ’
автоматически включает второй датчик, по-
сылающий большое количество импульсов
в единицу времени, и скорость перемеще-
имя ленты увеличивается.
В самопишущих приборах с круглой Рис 87 Запись на круговой
бумажной диаграммой запись производит- диаграмме
117
ся в полярных координатах (рис. 87). Бумажная диаграмма, укреп-
ленная на диске, вращается непосредственно от часового механизма
или электродвигателя. При этом отпадает необходимость в сравни-
тельно дорогостоящем лентопротяжном механизме. Обычно скорость
вращения диска в данных приборах — один оборот в сутки. До-
стоинство записи на дисковой диаграмме — наглядность изменения
контролируемой величины за определенный период, например, за
сутки или смену. Класс точности приборов с непрерывной записью
в большинстве случаев 1,5.
§ 56. САМОПИШУЩИЕ ПРИБОРЫ С ТОЧЕЧНОЙ ЗАПИСЬЮ
Самопишущие приборы с точечной записью (рис. 88) применяются
для регистрации малых токов и напряжений, а также для записи од-
ним прибором поочередно нескольких измеряемых величин.
На оси укреплена легкая стрелка 2, которая перемещается, не
касаясь бумажной ленты 5. Между стрелкой и бумагой помещена
ленточка 4, пропитанная красящей мастикой. Дуга 3, расположенная
над стрелкой, периодически прижимает ее через красящую ленточ-
ку и бумагу к направляющему упору 1. В результате на диаграммной
бумаге, которая равномерно перемещается, остаются точки. Дуга
печатающего приспособления приводится в движение электрическим
двигателем, от которого работает лентопротяжный механизм при-
бора. Скорость движения диаграммной бумаги в приборах с точечной
записью 20—120 мм/ч. Дуга опускается на стрелку 1—3 раза в минуту,
а точки на бумаге располагаются так близко друг от друга, что прак-
тически сливаются в сплошную линию. Так как стрелка прибора при-
жимается дугой к прямолинейному упору, то запись измеряемой ве-
личины происходит в прямоугольных координатах, несмотря на то,
Рнс. 88. Устройство прибора с точечной
записью
что конец стрелки движется по дуге (при этом, конечно, возникает до-
полнительная погрешность).
Для записи нескольких величин над бумагой параллельно друг
другу располагают несколько красящих ленточек разных цветов. При
переключении рамки прибора
в ту или иную измерительную
цепь определенная ленточка
занимает место между бумагой
и стрелкой. Поэтому на диа-
граммной ленте получается не-
сколько кривых из точек раз-
личного цвета. Такие приборы
называются самопишущими а
многократной записью.
Так как в приборах в точеч-
ной записью нет выпрямляющих
устройств и отсутствует трение
пера о бумагу, то их вращаю-
щий момент и потребление при*
Н8
мерно в сто раз меньше потребления приборов с непрерывной
записью. Поэтому эти приборы нашли применение для измерения
малых токов и напряжений, например для регистрации температуры
термоэлектрическими термометрами, у которых термоток мал и не
превышает 0,5—1 мА.
Г л а в а 8
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ
§ 57. НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
В современной технике переменных токов используют высокие на-
пряжения до 500 кВ и выше и токи до тысяч ампер.
Наибольший переменный ток, который можно измерить, включив
прибор непосредственно в цепь, порядка 200 А. Расширить пределы
измерения приборов электромагнитной, электродинамической и ин-
дукционной систем с помощью шунтов нельзя, так как приборы этих
систем малочувствительны, а на шунтах должно быть создано отно-
сительно большое падение напряжения.
Это приводит к увеличению сопротивления шунта, его габаритов
и потребляемой мощности.
Наибольшее напряжение, которое можно измерить, включив при-
бор непосредственно в цепь, 600 В. При измерении переменных напря-
жений выше 600 В нецелесообразно применять добавочные сопротив-
ления, так как на них теряется большая мощность. Кроме того, из
мерения в цепях высокого напряжения сопряжены с трудностями обес-
печения безопасности обслуживающего персонала и приборы должны
бытье повышенным сопротивлением изоляции. Поэтому.для расширения
пределов измерения приборов в цепях переменного тока и для отде-
ления цепей этих приборов от проводов высокого напряжения применя-
ют измерительные трансформаторы. Различают трансформаторы напря-
жения, через которые подключают вольтметры и обмотки напряжения
ваттметров, счетчиков, частотомеры и т. д., и трансформаторы тока,
через которые осуществляют включение амперметров и токовых об-
моток ваттметров, счетчиков и т. д.
Измерительные трансформаторы потребляют меньшую, чем шунты
и добавочные резисторы, мощность и обеспечивают_большую точность
измерения больших токов и высоких напряжений.
§ 58. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ
Измерительные трансфоматоры напряжения предназначены для
Расширения пределов измерения по напряжению ваттметров, счетчиков,
частотомеров, вольтметров, фазометров и т. д.
119
Устройство трансформаторов напряжения (рис. 89, а) аналогично
устройству маломощного силового трансформатора. Его первичная
обмотка содержит относительно большое число витков и подключа-
ется к сети измеряемого напряжения. К зажимам вторичной обмотки
с меньшим числом витков ш2 присоединяют вольтметры, обмотки на-
пряжения ваттметров, счетчиков и т. д.
Для обеспечения безопасности обслуживающего персонала на слу-
чай пробоя изоляции между обмотками один из зажимов вторичной
обмотки трансформатора, его корпус (если он металлический) и сер-
дечник заземляются. Зажимы первичной обмотки трансформатора на-
пряжения обозначают буквами А (начало) и X (конец), а зажимы вто-
ричной обмотки — соответственно а и х. Так как сопротивления обмо-
ток напряжения измерительных приборов велики, то трансформаторы
напряжения работают в режиме, близком к холостому ходу, и для них
опасны короткие замыкания. Поэтому первичные обмотки транс-
форматоров включают через предохранители.
Каждый трансформатор рассчитывается на определенное значение
номинального первичного напряжения Uln. Отношение номинально-
го первичного напряжения к номинальному вторичному напряжению
называется номинальным коэффициентом транс-
формации
= ^Лн/^2Н =
Номинальный коэффициент трансформации является основным
параметром трансформатора. Его значение для каждого трансформато-
ра постоянно и указывается на щитке.
Отношение действительного значения напряжения приложен-
ного к первичной обмотке трансформатора, к напряжению на его вто-
120
ричной обмотке U2 называется действительным коэффи-
циентом трансформации
Ku = t'l/t'g, откуда Ux = /Су(/а.
Действительный коэффициент трансформации неизвестен, так как
он меняется при изменении первичного напряжения (71, кроме того,
зависит от частоты и характера нагрузки трансформатора. Поэтому
на практике значение первичного напряжения определяют, пользуясь
значением номинального коэффициента трансформации. При этом оп-
ределяют не фактическое напряжение Ux, aero приближенное значение
= Ки„ U2.
Таким образом, при измерении напряжения о помощью измери-
тельного трансформатора возникает погрешность по напряжению
Уи, которая равна погрешности коэффициента трансформации
U' п U2Ku —U^Kg Кп —Кп
Уи = - ' 100% =-----2------- 100% =----2----100% =?к.
<Л и2ки Ки Гк
Помимо погрешности по напряжению, трансформаторы обладают
угловой погрешностью б — это угол (в минутах) между вектором пер-
вичного напряжения и повернутым на 180° вектором вторичного на-
пряжения (рис. 89, б).
Потрешность измерительных трансформаторов по напряжению
влияет на точность показаний всех приборов, включенных в их вто-
ричные обмотки, а угловая погрешность — на приборы, показания ко-
торых зависят от угла сдвига фаз, например ваттметров счетчиков
и т. п.
Рассмотрим, от чего зависят погрешности, вносимые трансформа
торами. Если падения напряжений на сопротивлениях обмоток транс
форматора будут равны нулю (/ (R + /XJ = 01, то из векторной
диаграммы (см. рис. 89, б) видно, что Е, = Ult Е2 = U2;
Ux/U2 = Ки = Ех/Е2 = wt/w2 = Ки„‘
Следовательно, погрешности коэффициента трансформации и
угловая погрешность б при всех режимах работы будут равны нулю
Таким образом, погрешности трансформатора напряжения зависят от
величин активных и реактивных сопротивлений обмоток и протекаю-
щих в них токов.
Для уменьшения активных сопротивлений обмотки трансформатора
_ выполняют из проводов сравнительно большого сечения. Для умень
тения индуктивных сопротивлений, создаваемых магнитными пото-
ками рассеяния, воздушные зазоры в стыках сердечников делают как
можно меньшими и сердечники изготовляют из электротехнической
стали с большой магнитной проницаемостью ц, что уменьшает ток
(ток холостого хода) первичной обмотки и погрешность трансформатора
121
Рис. 90. Внешний вид
трансформатора напряже-
ния типа НОМ-6
Наибольшая мощность, которой обла-
дает трансформатор при погрешностях не
выше допустимых, называется номинальной
мощностью трансформатора
= /н2^НЦ = ^Hl^H
К трансформатору напряжения можно
подключить такое количество приборов,
при котором их суммарная мощность не
превышает SH> так как при увеличении
количества приборов возрастают токи в
обмотках трансформатора, а следователь-
но, и погрешности.
Трансформаторы напряжения изготов-
ляют на номинальные первичные напряже-
ния, соответствующие стандарту, принято-
му в СССР, с номинальными вторичными
напряжениями 100, 100/J/3, 100/3 и 150 В.
Для всех трансформаторов напряжения
нормируют значение номинальной мощно-
сти в соответствии с одним из следующих классов точности: 0,2; 0,5;
1,0; 3,0. В соответствии с ГОСТ 9032—69 лабораторные измерительные
трансформаторы напряжения изготовляют следующих классов точно-
сти: 0,05; 0,1; 0,2.
На щитках измерительных трансформаторов напряжения указы-
вается номинальный коэффициент трансформации в виде отношения
номинальных напряжений, например 6000/100, номинальная частота
или номинальная область частот, номинальная мощность в вольт-
амперах с указанием коэффициента мощности, класс точности, тип,
номер и год выпуска трансформатора. На некоторых трансформаторах
указывается также максимальная мощность, которую можно дли-
тельно получать от трансформатора, не перегревая его.
Трансформаторы напряжения бывают однопредельные и многопре-
Рис. 91. Лабораторный
трансформатор напряже-
ния типа И-50
дельные, переносные и стационарные, для
внутренней или наружной установки, од-
нофазные и трехфазные, с сухой изоляцией
(на напряжения до 3 кВ) и масляные —
(напряжения свыше 3 кВ).
На рис. 90 показан трансформатор на-
пряжения 6000/100. В типа НОМ-6
(трансформатор напряжения, однофазный,
масляный, 6 кВ). Класс точности данного
трансформатора 0,5 при номинальной мощ-
ности 50 В-А и 3,0 при номинальной мощ-
ности 200 В-А.
Лабораторные трансформаторы напря-
жения изготовляют обычно на несколько
пределов измерения. На рис. 91 показан
лабораторный трансформатор напряжения
122
типа И-50, класса точности 0,2. Номинальные первичные напряжения
трансформатора 3000; 6000; 10000 и 15000 В и вторичные напряжения
100 " V3 В’
Трехфазные трансформаторы, устройство которых аналогично трех-
фазным силовым трансформаторам, применяются реже однофазных.
§ 59. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА
Измерительные трансформаторы тока предназначены для расшире-
ния пределов измерения по току ваттметров, счетчиков, амперметров
и включения приборов защиты. Кроме того, в высоковольтных цепях
их используют для защиты измерительных приборов и обслуживаю-
щего персонала от высоких напряжений.
Первичная обмотка трансформатора тока (рис. 92) содержит не-
большое число витков и»! и включается последовательно в цепь изме-
ряемого тока /.. К зажимам вторичной обмотки, содержащей большее
число витков w2, подключают последовательно токовые обмотки изме-
рительных приборов. Сопротивления токовых обмоток измеритель-
ных приборов малы (0,2—2 Ом), поэтому трансформаторы тока рабо-
тают в режиме, близком к короткому замыканию.
Зажимы первичной обмотки трансформаторов тока обозначают бук-
вами Л1-Л2 (линия), а зажимы вторичной — буквами И1-И2 (измери-
тель). По той же причине, что и у трансформаторов напряжения, один
из зажимов вторичной обмотки соединяют с корпусом и заземляют.
Токи в обмотках трансформатора, работающего под нагрузкой,
связаны соотношением 1хПг = w2/wx. Поэтому ток, текущий по вто-
ричной обмотке и измерительным приборам, будет во столько раз мень-
ше тока в первичной обмотке, во сколько число витков w2 больше числа
витков и»!. Трансформаторы тока изготовляют на номинальные первич-
ные токи /1н от долей ампера до десятков тысяч ампер. Номинальный
вторичный ток трансформаторов тока равен 5А. У трансформаторов,
предназначенных для установки на
открытых подстанциях, где расстоя-
ние между ними и измерительными
приборами большое, номинальный
вторичный ток может быть равен 1 А.
Отношение номинального первич-
ного тока к номинальному вторич-
ному току трансформатора называет-
ся номинальным коэффи-
циентом трансформации
К1„ = /1н//2п = И»/®!-
Номинальный коэффициент транс-
формации является основным пара-
метром трансформатора и указывает-
ся на его щитке.
Рис. 92. Устройство и схема вклю-
чения трансформатора тока
123
Отношение действительного значения тока /j, текущего по первич-
ной обмотке, к току во вторичной обмотке /2 называется дейст-
вительным коэффициентом трансформации
Ki = откуда Л —
Действительный коэффициент трансформации неизвестен, так
как он меняется при изменении нагрузки цепи (тока Zt). Поэтому на
практике значение первичного тока определяют, пользуясь значе-
нием номинального коэффициента трансформации.
При этом определяют не фактический ток /1( а его приближенное
значение /; =
Таким образом, при измерении тока в помощью измерительного
трансформатора возникает погрешность по току, которая равна по-
грешности коэффициента трансформации у„:
у, = 100% = К1,,~Л| 100% = ук.
/, К,
Трансформаторы тока, как и напряжения, обладают угловой по-
грешностью 6, так как вторичный ток /2 сдвинут по фазе относитель-
но первичного тока 1г на угол, отличный от 180°.
При работе трансформатора под нагрузкой геометрическая сумма
намагничивающих сил (н. с.) первичной и вторичной обмоток равна
н. с. холостого хода трансформатора, т. е.
/1 +Л w2 = i0 wv
Величина погрешности трансформатора тока зависит от тока хо-
лостого хода /0 Действительно, если ток /0 равен нулю, то =
— I2w2. Следовательно, Ki = It/I2 = w2/wt — К1И и погрешность
трансформатора тока ук при всех режимах его работы будет равна
нулю. При /0 = 0 угловая погрешность также равна нулю, так как токи
в обмотке будут сдвинуты по фазе на угол, равный 180°.
Для уменьшения тока холостого хода /0 сердечники этих транс-
форматоров изготовляют из тонкой листовой трансформаторной стали
или пермаллоя. В ряде случаев применяют специальные конструкции
трансформаторов, компенсирующие погрешности, так называемые ком-
пенсированные трансформаторы тока.
Из уравнения намагничивающих сил трансформатора следует, что
при размыкании вторичной обмотки (/2 = 0) прекращается размагни-
чивающее действие вторичных ампер-витков /2ш2 и н. с. I0Wi возрастает
до значения /jt^. За счет роста н. с. /^возрастает в несколько десят-
ков раз результирующий магнитный поток и э. д. с.- во вторичной об-
мотке (до 2 кВ и выше). Это опасно для обслуживающего персонала и
может вызывать разрушение и пробой изоляции обмоток. Поэтому перед
отключением измерительных приборов от трансформатора тока зажимы
его вторичной обмотки должны быть замкнуты накоротко.
Включение большого числа измерительных приборов во вторичную
обмотку трансформатора уменьшает размагничивающее действие вто-
ричных ампер-витков /2а?2 и увеличивает ток /0, а следовательно, и
погрешности. Поэтому каждый трансформатор характеризуется номи-
124
j
Рис. 93. Устройство транс- Рис. 94. Внешний вид опорного низко-
форматора тока с магнитным вольтного трансформатора типа О
шунтом
нальной вторичной нагрузкой. Это то наибольшее сопротивление, ко-
торое можно подключить ко вторичной обмотке трансформатора, чтобы
при этом погрешности не увеличивались выше допустимых. Чем выше
класс точности трансформатора, тем меньше его
номинальная нагрузка. Обычно ее величина ле-
жит в пределах 0,2—2 Ом.
Все трансформаторы тока, кроме лаборатор-
ных, должны соответствовать одному из следую-
щих классов точности: 0,2; 0,5; 1; 3,6; 10 (ГОСТ
7746—68).
Трансформаторы тока классов точности 3 п 10
применяются только для включения приборов за-
щиты. Лабораторные измерительные трансформа-
торы тока в соответствии с ГОСТ 9032—69 изго-
товляют следующих классов точности: 0,01; 0,02;
0,05; 0,1; 0,2.
По основным конструктивным признакам транс-
форматоры тока подразделяются на стационарные
и переносные, высоковольтные и низковольтные,
многовитковые и одновитковые, проходные и опор-
ные.
На рис. 93 показано схематическое устройст-
во, а на рис. 94 общий вил опорного низковольт-
ного компенсированного трансформатора типа О
с магнитным шунтом. Магнитный шунт / увеличи-
Рис. 95. Измери-
тельные клеши
типа 11-30
вает потоки’рассеяния Фр, которые дополнительно
подмагничивают сердечник до состояния наиболь-
шей проницаемости. Это уменьшает ток холостою
125
хода /0, а следовательно, и погрешности измерения, вносимые транс-
форматором.
Измерительные клещи (рис. 95) представляют собой переносный
трансформатор тока с разъемным сердечником. Клещи используются
для измерений без предварительного разрыва цепи тока. Первичной
обмоткой служит провод цепи, который охватывается половинами
разъемного сердечника.
На щитках измерительных трансформаторов тока указываются
номинальный коэффициент трансформации в виде отношения номи-
30
пальных токов, например —; номинальная частота или область частот,
г.а которой работает данный трансформатор, внося минимальные по-
грешности; номинальная нагрузка в омах; класс точности, тип, номер
п год выпуска трансформатора.
§ 60. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ
ПОСТОЯННОГО ТОКА
Для измерения постоянных токов большой величины (в десятки
и сотни тысяч ампер) применяют устройства, которые называются
измерительными трансформаторами постоянного тока (рис. 96). Они
изолируют высоковольтные цепи от измерительных и более экономич-
ны, чем шунты. Трансформатор постоянного тока состоит из двух
одинаковых ферромагнитных сердечников, на которые надеты обмотки
с одинаковым числом витков. Витки первичных обмоток w'\ и
намотаны в одну сторону и соединены между собой последовательно,
а витки вторичных обмоток w'z и w'i намотаны встречно, соединены по-
следовательно с выпрямительным мостом и подключены к источнику
переменного напряжения (обычно 220 В). Измеряемый ток /, создает
в сердечниках одинаковые по величине и направлению магнитные по-
токи Ф=, которые намагничивают сердечники до насыщения.
По вторичным обмоткам wi и протекает переменный ток i2,
который создает в сердечниках поток Ф~. Допустим, в первый полупе-
риод ток 1, создает в первом сердеч-
нике поток Ф^, совпадающий по на-
правлению с потоком Ф=, но так как
этот сердечник был уже насыщен, то
практически общий магнитный поток
не увеличится. В то же время во вто-
ром сердечнике потоки Ф= и Ф~ на-
правлены встречно. Но так как и вто-
рой сердечник был насыщен потоком
Ф=, то в первые мгновения:
</Ф п
— = 0 и ег =
dt
Рис. 96. Принципиальная схема
измерительного трансформатора
постоянного тока
= -^аГ = О-
126
Так как величина тока t2 = ы~:——, где R, — сопротивление
вторичных обмоток, то в первые мгновения ток /2 стремительно нара-
стает, что увеличивает поток Ф~ и уменьшает общий поток Ф Сердеч-
ник 2 начинает размагничиваться, нс тогда =/= 0, е2 #= 0, и ток i2
замедляет евой рост. Когда е2 скомпенсирует и^, рост тока полностью
прекратится. Это значит, что намагничивающие силы первичной и
вторичной обмоток второго сердечника будут равны, т е lxw\ =
= i2w'j, откуда i2 = Сердечник / не оказывает влияния на ток
i2, так как он насыщен. Во второй полу период сердечники 1 и 2 поме-
няются ролями. Таким образом, хотя по первичным обмоткам проте-
кает постоянный ток, во вторичной цепи трансформатора протекает
переменный ток. Магнитоэлектрический амперметр, включенный через
выпрямитель, покажет среднее значение выпрямленного тока, близкое
по значению i2, т. е. /ср « i2 —
Так как w2/wv — К» — номинальный коэффициент трансформации,
который указывается на щитке трансформатора, то 7, = /,.р/<н. Зная
/<н и измерив прибором /ср, определяют искомый ток.
Измерительные трансформа торы постоянного тока И58М ныпуа-
каюгся на токи до 75 кА.
Глава 9
ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ
§ 6!. ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ
В ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
В цепи постоянного тока электрическая мощность равна произ-
ведению тока на напряжение Р = IU. Ее можно измерить косвенным
методом с помощью амперметра и вольтметра. Однако при этом способе
измерения необходимо каждый раз производить вычисления, относи-
тельная погрешность получается большой (она равна сумме относитель-
ных погрешностей измерений тока и напряжения) и невозможно про
изводить отсчет по приборам при изменении напряжения сети.
Для измерения мощности в цепи постоянного тока применяется
ваттметр электродинамической системы (рис. 97, а). Неподвижная ка-
тушка ваттметра включается последовательно в цепь нагрузки и на-
зывается последовательной катушкой. Подвижная катушка с добавоч-
ным резистором включается параллельно нагрузке и называется па
раллельной цепью ваттметра. Так как ток в последовательной катушке
ваттметра равен току нагрузки /, а ток в параллельной катушке про-
порционален напряжению цепи (/у = lJ, „ - = KuU, так как
127
Рис. 97. Ваттметр
%и -|_ /?д = const), то угол поворота а подвижной системы электро*
динамического прибора согласно формуле (26) будет
а = /<г//у = /(..//(у U = KJU = КР,
т. е. прибор будет измерять мощность, а его шкала будет равномер-
ной.
Из последнего уравнения видно, что при изменении направления
тока в одной из катушек ваттметра угол а будет отрицательным и от-
счет по шкале станет невозможным. У ваттметра два зажима обозна-
чаются знаком «*» (звездочка) и называются генераторными. Для от-
клонения стрелки в нужном направлении необходимо электрическую
энергию подводить к генераторным зажимам (рис. 97, б). На схемах
эти зажимы обозначаются знаком «.» (точка).
§ 62. ИЗМЕРЕНИЕ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ
В ЦЕПИ ОДНОФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Рис. 9Я. Векторная диа-
грамма электродинамиче-
ского ваттметра
Цепи переменного тока характеризуются активной Р — (77 cos ф
и реактивной Q = UI sin <р мощностями. Активная мощность может
быть измерена косвенным методом по показаниям амперметра, вольт-
метра и фазометра (прибор для измерения коэффициента мощности).
Однако этот метод измерения, как и метод амперметра и вольтметра,
обладает целым рядом недостатков и требует наличия трех измеритель-
ных приборов. Мощность в цепи однофаз-
ного переменного тока чаще всего изме-
ряется ваттметром электродинамической
системы. При включении этого ваттметра
в цепь переменного тока с активно-индук-
тивной нагрузкой ток в неподвижной ка-
тушке отстает по фазе от напряжения на
угол ф (рис. 98). В подвижной катушке за
счет ее индуктивности L\j ток /и отстает
от напряжения на угол фи. Поэтому угол
поворота подвижной части измерительного
128
Рис. 99. Ваттметр типа Д566:
а—упрощенная схема; б — внешний вид
механизма ваттметра, работающего
формула (27)|,
в цепи переменного тока [см. §23
а = Кг1 lu cos ф — /f2//vcos (ф — (|и) = KJUIZuvos X
X (ф — Фу),
где Zu — ]/"(/?и + /?д)® + (2л/Ли)а — полное сопротивление парал
лельной цепи ваттметра.
Если 2nfLu и фу равны нулю, то
а — К2 / .. ( , „ cos <р= K-J U cos ф = КЛР
и ваттметр будет измерять активную мощность потребителя. Практиче-
ски это достигается включением дополнительного безрсактйвного ре-
зистора /\’в, сопротивление которого много больше XLU, или шунти-
руют часть Ra емкостью, которая компенсирует индуктивный характер
параллельной цепи ваттметра. Так как сопротивление параллельной
непи электродинамического ваттметра не зависит от частоты /?л Xlu,
то его показания в цепи постоянного и переменного тока будут оди-
наковыми (при одинаковой мощности). Сопротивление резистора Ra,
выполненное из манганина, служит также для температурной компен-
сации и расширения предела измерения по напряжению.
Электродинамический ваттметр типа Д566 (рис 99, а и б) имеет
три предела измерения по напряжению и два предела измерения по
току и предназначен для измерения мощности в цепях постоянного
и переменного тока. На схеме рис. 99, а показаны только два предела
измерения по напряжению. Частотные погрешности прибора скомпен-
сированы включением конденсатора С. Два сидящих на одной оси пере-
ключателя П1 и П2 служат для изменения пределов измерения по на-
пряжению и переключения полярности. Переключатель полярное™
5 iv7o 129
изменяет направление тока в подвижной катушке ваттметра (ПКУ
Переключатель ПЗ меняет пределы измерения по току, включая па-
раллельно или последовательно секции неподвижной катушки НК.
Ваттметры классов точности 0,1; 0,2 и 0,5 имеют наименованные
шкалы, т. е. на них указано только число делений. Чтобы определить
величину мощности, измеренную таким ваттметром, нужно число де-'
лений, на которое отклонилась стрелка прибора, умножить на по-
стоянную прибора Ср (Цена деления). Обычно ваттметры градуируют-
ся при cos <р — 1, поэтому постоянная ваттметра определяется по
формуле
/-> _ Лт Un
ъ р —-----»
где IlvUn — поминальные значения тока и напряжения тех пределов,
на которые включен ваттметр;
а„ — полное число делений шкалы.
Для измерения сравнительно небольших мощностей в цепях с ма-
лым cos ф промышленностью выпускаются специальные малокосипус-
ные ваттметры типа Д542, предназначенные для измерения мощности
потерь на гистерезис и вихревые токи, диэлектрических потерь и т. и.
При определении постоянной малокосинусных ваттметров учиты-
вают -значение cos ф11( указанное на шкале данных приборов
/->< б, Un cos
ь Р — ---------,
«в
Электродинамические.ваттметры имеют высокий класс точности,
равномерную шкалу и работают в цепях постоянного и переменного
тока. Недостатки измерительного механизма электродинамической
системы присущи также электродинамическим ваттметрам. Для за-
щиты ваттметров от внешних магнитных полей их экранируют пли
снабжают астатическим измерительным механизмом.
§63. ФЕРРОДИНЛМИЧЕСКИЙ ВАТТМЕТР
Принцип действия и устройство измерительного механизма фер-
родинамической системы были рассмотрены в § 25. Катушки ферродина-
мического ваттметра включают в измеряемую цепь так же, как и катуш-
ки электродинамического ваттметра. При этом угол отклонения под-
вижной части ферродинамического прибора будет пропорционален
активной мощности.
Векторная диаграмма ферродинамического ваттметра приведена
на рис. 100. Она аналогична векторной диаграмме ваттметра электро-
динамической системы (см. рис. 98), на которой не показаны векторы
магнитных потоков неподвижной и подвижной катушек ваттметра.
Магнитный поток Фу подвижной катушки совпадает по фазе с током
/у, так как он замыкается через воздух, в котором нет потерь. Так
как магнитный поток неподвижной катушки Ф, замыкается через фер-
ромагнитный сердечник, в котором есть потери на гистерезис и вих-
130
ревые токи, то он отстает по фа-
зе от тока / на угол е. Для ком-
пенсации угловой погрешности
в схемы ваттметров включают
дополнительные емкости или
индуктивности. Они подбирают-
ся так, чтобы угол сдвига фаз
между потоками подвижной и
неподвижной катушек р был ра-
вен углу ср, а это будет тогда,
когда угол сдвига фаз между то-
ком и напряжением параллельной
пример, в ферродинамическом ват
Рис. 100 Векторная диаграмма ферро-
динамического ваттметра
цепи фо станет равен углу е. На-
гметре Д539 добавочные резисторы
намотаны одним проводом, а небифилярно, что увеличивает ипдуктив
ность параллельной цепи, а значит, и значение угла фу до величины
угла 8.
Нелинейность кривой намагничивания, гистерезис и потери в сер-
дечнике увеличивают основную погрешность ферродинамического ватт-
метра. Поэтому обычно их класс точности 1,5 и 2,5 что является не-
-''достатком этих приборов.
Однако нашей промышленностью выпускаются ферродинамичес-
кие ваттметры типов Д539 и Д558 высоких классов точности 0,5 и
0,2. Принципиальная схема ваттметра Д539 аналогична прибору
Д566 (см. рис. 99).
Наличие сердечника в ферродинамических ваттметрах приводит к
увеличению вращающего момента, обеспечивает большую прочность
подвижной части прибора, уменьшает потребление мощности и приво-
дит к незначительному влиянию внешних магнитных полей по срав-
нению с электродинамическими ваттметрами. Это позволяет применять
их в условиях тряски, вибрации и ударов, а также в качестве самопи-
шущих приборов. Ферродинамические ваттметры применяются в ос-
новном как щитовые, показывающие и самопишущие приборы в цепях
переменного тока.
§ 64. ИЗМЕРЕНИЕ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ
В ЦЕПЯХ ТРЕХФАЗНОГО ТОКА
Активная мощность в цепи трехфазного тока в зависимости от на-
грузки (равномерной или неравномерной) и системы питания (трех-
или четырехпроводной) может быть измерена одним или несколькими
однофазными ваттметрами.
Метод одного ватт метра применяется в трехфазной
системе при равномерной нагрузке фаз и симметричных напряжениях.
Если нагрузка фаз равномерная, т. е. мощности потребителей одина-
ковы, достаточно измерить однофазным ваттметром мощность одной
фазы и затем его показания утроиуь. При включении приемников звез-
дой, когда нулевая точка доступна, ваттметр включают по схеме
рис. 101, а. Через последовательную обмотку прибора будет протекать
F*
131.
Рис. 101. Схемы измерения активной мощности и симметричной трехфазиой
системе
фазный ток /ф, а параллельная обмотка будет находиться под фазным
напряжением и$, следовательно, показания ваттметра будут равны
активной мощности одной фазы
Рвт = Ь'ф/ф cos ф.
Мощность трехфазного тока
Р = 3 Рвт = 3 t/ф/ф cos ф.
Если приемники энергии соединены треугольником или звездой с
недоступной нулевой точкой, то применяется схема измерения мощ-
ности с искусственной нулевой точкой (рис. 101, б), которая создается
параллельной цепью ваттметра и двумя дополнительными резистора-
ми R1 и R2. Они подбираются так. чтобы Rl = R2 = R3, где R3 —
— Ru + (Ru — сопротивление параллельной обмотки ваттметра,
a Rn — добавочное сопротивление). На каждом из сопротивлений R1,
R2, R3, соединенных звездой, будет фазное напряжение, которое мень-
ше приложенного к нагрузке каждой фазы в ]/3 раз. Через последо-
вательную цепь ваттметра протекает линейный ток /л = Jz3 /ф.
Поэтому ваттметр будет измерять
Рис. 102. Схемы измерения ак-
тивной мощности двумя ватт-
метрами в трехфазиой трехпро-
водной сети
мощность одной фазы, т. е.
рът = 4??- 7л cos Ф = 1 ф cos Ф-
V 3
Для определения мощности трехфаз-
ного тока показания ваттметра нуж-
но утроить
Р = 3 Двт = 3 б'ф/ф cos ф.
Метод двух ваттмет-
ров применяется в трехпроводных
цепях трехфазного тока при равно-
мерной или неравномерной нагрузке
фаз, симметричном или несимметрич-
ном напряжении,
132
При соединении потребителей звездой или треугольником мощность
трехфазной цепи может быть измерена двумя ваттметрами по схеме,
приведенной на рис. 102 (схема Арона). Последовательные обмотки
ваттметров включаются в два линейных провода, а параллельные —
между этими проводами и третьим «свободным» проводом.
В случае соединения потребителей звездой через токовые обмотки
протекают фазные токи /А и /с, а к параллельным обмоткам будут
приложены линейные напряжения С/дв и Uc.b- Поэтому мгновенные
значения мощностей, измеренные ваттметрами, будут
Pi = <а ыав и рг — /’смсв-
Мгновенные значения линейных напряжений равны алгебраиче-
ской разпости мгновенных значений соответствующих фазных на-
пряжений, т. е.
uab = Wa—«в; «св = Ис—Ив-
Подставив эти значения в уравнения мгновенных мощностей, по-
лучим:
Pi = tA(«A—«в) и p2 = ic(«c — «в).
Найдем сумму этих мощностей
Pi +/х2 = i’a Ма — i'a mb + t’cMc — t’c mb =
= iA «а —mb (i’a 4- ic) + ic «с •
В трехпроводной цепи сумма мгновенных значений линейных то-
ков равна нулю i'a + /в + = 0. Откуда /’в = — О’а + <с )•
Подставляя в предыдущее уравнение найденное значение токов, по-
лучим
Pi + Р-2 = *а ил +«в мв + t’c «с.
Таким образом, сумма мгновенных значений мощностей, измерен-
ных двумя ваттметрами, равна сумме мгновенных значений мощностей
всех трех фаз. Стедовательио, активная (средняя) мощность потреби-
телей трехфазной цепи за люб
мощности, измеренной двумя
ваттметрами, т. е.
^1ф + Р.2ф + Рзф ~
— Р - + Р
вт. 1 1 1 вт. 2*
Это соотношение справед-
ливо также и при включении
потребителей треугольником.
Из векторной диаграммы
(рис. 103) при соединении
потребителей звездой следует,
что углы сдвига фаз и 02
равны:
Pi = 30° + <₽А ;
Ра = 30° - фо,
промежуток времени равна активной
Рис. 103. Векторная диаграмма измерения
активной мощности двумя ваттметрами
133
Рис. 104. Схема измерения актив-
ной мощности в грсхфазной че-
тырехпроводпой сети
ваттметров. Следует заметить,
и ваттметры, включенные по схе-
ме рис. 102, покажут мощность:
Р8Т.1 - /а и АВ COS р! =
= / д и АВ cos (30° + фд );
РтЛ — Ic. ^СВ COS р2 =
=/с t/св cos (30° — фс).
Следовательно, активная мощность
трехфазной трехпроводной пени равна
алгебраической сумме показаний двух
что в этом случае показания ваттмет-
ров зависят от угла сдвига фаз <р.
1. При равномерной, чисто активной нагрузке фА = <р0 = 0 и
симметрии линейных напряжений показания ваттметров будут одина-
ковыми Рвт,1 = Р^т.-г-
2. При ф = ± 30° один из ваттметров дает наибольшее показание,
равное произведению lnUn.
3. При <р = ± 60°/cos ф = 0,5 показание одного из ваттметров
будет равно нулю, а мощность трехфазного тока будет равна показа-
нию другого ваттметра.
4. При ф > ± 60° пвказания одного из ваттметров будут отрица-
тельными и стрелка прибора отклонится за шкалу влево. Для нор-
мального отсчета нужно поставить переключатель полярности в другое
положение. А мощность трехфазной цепи в этом случае равна разности
показаний обоих ваттметров.
Метод двух ваттметров получил наибольшее распространение в
практике измерений активной мощности. На основе этого метода изго-
товляют трехфазные двухэлементные ваттметры и счетчики.
Метод трех ваттметров применяется в случае не-
равномерной нагрузки фаз, когда приемники соединены звездой и при-
меняется четырехпроводная система включения цепи трехфазного то-
ка (рис. 104). При таком включении по последовательным обмоткам
ваттметров протекают линейные (фазные) токи, а к параллельным це-
пям приборов приложены фазные напряжения. Поэтому каждый из
ваттметров покажет мощность одной фазы, а сумма их показаний будет
равна мощности трехфазной цепи.
На основе метода трех ваттметров изготовляют трехэлементные
трехфазные ваттметры и счетчики для измерения мощности и энергии
тока в четырехпроводных трехфазных сетях.
§ 65. ИЗМЕРЕНИЕ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ
В ЦЕПИ ТРЕХФАЗНОГО ТОКА
Реактивная энергия, циркулирующая между генератором и потре-
бителями, не определяет совершаемую работу, а увеличивая ток в це-
пи, загружает генераторы, трансформаторы, линии электропередач и
создает дополнительные потери. Поэтому для повышения экономич-
ности энергосистем нужно знать не только активную, но и реактивную
134
Рис. 105. Измерение ре-
активной мощности в
трехфазной сети
мощность. Реактивная мощность трехфазной цепи равна сумме реак-
тивных мощностей отдельных фаз
Q = /ф1 sin q>j + £/ф2 /ф2 sin <р2 + ифз1фз sin <р8.
Она может быть измерена либо с помощью обычных ваттметров,
либо варметрами (ваттметры реактивной мощности).
Рассмотрим несколько наиболее распространенных схем измере-
ния реактивной мощности.
Метод одного ваттметра. В случае равномерной
нагрузки фаз и симметрии напряжений реактивную мощность можно
измерить одним однофазным ваттметром (рис. 105, а). Последователь-
ную обмотку ваттметра включают в один из линейных проводов, а
параллельную — между двумя другими линейными проводами, соб-
людая при этом .порядок чередования фаз. Угол сдвига фаз между то-
ком /А и напряжением UliQ (рис. 105, б) равен 90° — <р. Поэтому
ваттметр будет показывать
PBj = Urc /а cos (90° — <р) = Ua/„ sin ср.
Известно, что при полной симметрии системы реактивная мощ-
ность равна
Q = 1^3(7 л/л sin ср.
Поэтому для вычисления реактивной мощности трехфазного тока
показание ваттметра следует умножить на КЗ:
При равномерной нагрузке фаз реактивную'мощность можно из-
мерить также двумя ваттметрами, включенными по схеме измерения
активной мощности (см. рис. 102). Показания двух ваттметров (см.
§ 64) равны:
РтЛ = cos (30° + <р); Рвт,2 = U„l„ cos (30°-<р),
а их разность
Р^д-Р^л = h [cos (30" 4- ф)—cos (30°—ф)] = ип1л sin <р.
135
Таким образом, для определения реактивной мощности трехфазного
тока этим методом необходимо разность показаний двух ваттметров
умножить на УЗ, т. е.
Q = V 3 (РВТ1—Рвт2)
Метод двух ваттметров с искусственной
нулевой точкой. Реактивную мощность в трехпроводной си-
стеме можно измерить двумя ваттметрами по схеме с искусственной
нулевой точкой (рис. 106, а), которая создается тремя равными по ве-
личине активными сопротивлениями, образующими симметричною
звезду. При этом параллельные цепи каждого ваттметра и резистор R
должны иметь равные сопротивления.
На параллельной цепи первого ваттметра выделяется фазное на-
пряжение Uc, а на соответствующей цепи второго ваттметра — ДА
(см. рис. 106, а). Из векторной диаграммы (рис. 106, б) видно, что сум-
ма показаний обоих ваттметров
PBT.i + Рвг.-2 = / а и с COS (60° -<р) +/с t/л COS (120°- <р) =
. ,, / 1 , Уз" . 1 „ , уз" . \
= /ф^ф у cos ср + -*у- sin Ср— у cos ср + sin <р I =
= УТ /фУфвШср.
Умножив сумму показаний двух ваттметров на УЗ, получим реак-
тивную мощность трехфазной цепи
Q = У 3 (Рвт.1 + Рвт.2) = 3/ф(7ф sin <р.
Метол применяется при равномерной и неравномерной нагрузках
фаз и симметричных напряжениях.
По схеме с искусственной нулевой точкой работают трехфазные
двухэлементные варметры ферродинамической системы типов Д343 и
Д341/1. Конструкция измерительного механизма двухэлементного
варметра аналогична конструкции двухэлементного ваттметра актив-
ной мощности^
Метод трех ваттметров. Измерение реактивной мощ-
ности в трехпроводной и четырехпроводной сети при неравномерной
Рис. 106. Измерение реактивной мощности в трехфазной трехпроводной
сети при неравномерной нагрузке
136
Рис. 107. Схема измерения реак-
тивной мощности при неравномер-
ной нагрузке фаз и симметричных,
фазных напряжениях в трехпро-
водной и четырехпроводной сети
нагрузке фаз, но симметричных напряжений можно осуществить ме-
тодом трех ваттметров или одного трехэлементного ваттметра (рис. 107).
Последовательные цепи ваттметров, как и в схеме рис. 105, включают-
ся' в линейные провода, а параллельные цепи — между двумя «чужи-
ми проводами».
Тогда сумма показаний ваттметров будет равна
рвт.1 +^BT.a + ^BT.»=/A Uвс sin cpj + /в Uca sin<p2 4-
+ /с<>ав sin <р3 = 3 (/А Ua sinq)^ /в (7В51пчг-)г
+ /ct7csin<p3) = K 3 Q
и для определения реактивной мощности необходимо эту сумму раз-
делить на УЗ, т. е.
q___Р bt-iH-P нт.а-рР вт.з
УТ
Как правило, в современных энергосистемах поддерживают сим-
метричность напряжений между линейными проводами, поэтому рас-
смотренные выше методы измерения реактивной мощности нашли ши-
рокое применение.
§ 66. ТРЕХФАЗНЫЕ ВАТТМЕТРЫ
В трехфазных цепях измерение мощности с помощью двух или трех
однофазных ваттметров применяется обычно в лабораторной практике
при изготовлении и испытании энергетического оборудования. В ста-
ционарных установках, где нужно непрерывно следить за режимом
работы, такое измерение мощности затруднительно, так как требует
непрерывных отсчетов по нескольким приборам и дальнейших вычис-
лений. Для устранения этого неудобства приборостроительной про-
мышленностью изготовляются трехфазные переносные и щитовые ватт-
метры электродинамической и ферродинамической систем.
В трехфазном ваттметре в одном корпусе объединены два или три
однофазных элемента (ваттметра), вращающие моменты которых дей-
ствуют на общую ось (рис. 108, а и б). Измерительный механизм тако-
го ваттметра состоит из двух неподвижных, независимых друг от дру-
га катушек 1, магнитные потоки которых замыкаются через магнито-
проводы 2 и 3. Подвижная часть представляет собой две катушки 4,
жестко скрепленные между собой и вращающиеся вокруг оси 0, В та-
137
Рис.
108. Трехфазный двухэлементный ваттметр
ком ваттметре подвижная часть находится под действием алгебраичес-
кой суммы двух моментов и, следовательно, угол отклонения стрелки
будет пропорционален мощности трехфазной цепи.
Добавочный резистор Дд служит для компенсации взаимного вли-
яния одного элемента ваттметра на другой.
При включении трехфазных ваттметров нужно следить за правиль-
ным подключением начал и концов обмоток. Если в однофазном ватт-
метре неправильное подключение будет сразу замечено, так как стрел-
ка отклонится за шкалу влево, то в трехфазном ваттметре неправиль-
ное подключение обмоток отклонит стрелку на меныпий или больший
угол, из-за чего возникнет погрешность.
Для правильного подключения трехфазных ваттметров зажимы его
параллельных цепей в соответствии с тем, к какому проводу они долж-
ны быть подключены, обозначаются буквами А, В, С или 0 (нуль),
а зажимы последовательных цепей обозначаются соответственно /А,
/с (см. рис. 108, б). Кроме того, у зажимов указывается величина номи-
нального напряжения и тока, если они не приведены на шкале прибо-
ра или возле переключателя.
§ 67. ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ С ПРИМЕНЕНИЕМ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
В низковольтных однофазных цепях при больших токах, соответ-
ствующих большим нагрузкам, ваттметры включаются через измери-
тельные трансформаторы тока. Первичная обмотка трансформатора
соединяется последовательно с нагрузкой, а ко вторичной обмотке
подключается последовательная цепь ваттметра. Его параллельная
цепь может быть включена непосредственно на напряжение цепи
(рис. 109, а). Для определения мощности следует показание ваттмет-
ра умножить на коэффициент трансформации трансформатора тока.
Если ваттметр предназначен для постоянной работы совместно с оп-
ределенным трансформатором тока, то на шкале наносятся значения
мощности первичной цепи и указывается номинальный коэффициент
трансформации, с которым производилась градуировка, например
с транс, тока 100/5».
Измерение мощности в цепях высокого напряжения производится
ваттметром через измерительный трансформатор напряжения, причем
138
Рис. 109. Схема включения ваттметра
последовательная цепь ваттмет-
ра независимо от силы тока на-
грузки включается через транс-
форматор тока (рис. 109, б).
В этом случае для определе-
ния мощности необходимо пока-
зание ваттметра умножить на
произведение коэффициентов
трансформации обоих трансфор-
маторов. Например, показания
ваттметра, имеющего номиналь-
ный ток 5 А, напряжение 250 В
и 100 делений шкалы, равны 40 делениям. Ваттметр включен через из-
мерительные трансформаторы с номинальными коэффициентами 500/5 и
*10 000/100. Тогда постоянная ваттметра Ср = 5-250/100= 12,5Вт/дел,
а потребляемая мощность
гл 17 .nine 500 10 000 кааа п
Р = аС.,/(н, /(ни =40-12,5- ---—=5000 кВт.
1 О 1UU
Измерение мощности в цепях высокого напряжения в трехпровод-
ной трехфазной цепи может быть произведено либо двумя ваттметра-
ми, либо двухэлементными ваттметрами, включенными через измери-
тельные трансформаторы тока и напряжения (рис. 110). На рис. 111 по-
казана схема включения трехэлементпого ваттметра с трансформато-
рами тока в четырехпроводной сети.
Для уменьшения разности потенциалов между катушками ватт-
метра (иначе может произойти пробой изоляции между ними) зажи-
мы Л1 и И1 каждого трансформатора соединяют накоротко. Однако
вторичные цепи трансформаторов заземлять нельзя, иначе провода
сети окажутся тоже заземленными. Такое соединение возможно лишь
в сетях низкого напряжения.
Рис. ПО. Схема включения двухэле-
ментного трехфазного ваттметра через
измерительные трансформаторы тока и
напряжения
Рис. 111. Схема включения трехэле-
ментного ваттметра через измери-
тельные трансформаторы тока
139
При включении приборов через измерительные трансформаторы не-
обходимо помнить следующее: трансформаторы напряжения включа-
ют в измеряемую цепь через предохранители: у трансформаторов тока
вторичные обмотки при отключении приборов замыкают накоротко;
при одновременном включении в цепь трансформаторов тока и напря-
жения их вторичные цепи должны быть заземлены; приборы, показа-
ния которых зависят от направления тока (ваттметры, счетчики, фазо-
метры и др.), включают через измерительные трансформаторы так,
чтобы токи в их катушках имели такое же направление, как и при вклю-
чении без трансформаторов. Для этого начала первичных ^обмоток
трансформаторов (зажимы Л и Л/) вк лючают в сеть со стороны генера-
тора, а к зажимам вторичных обмоток а и И1 присоединяют генератор-
ные зажимы приборов.
Глава 10
ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
§68. ОДНОФАЗНЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ СЧЕТЧИК
Энергия однофазного переменного тока измеряется электрическими
счетчика-ми индукционной системы, которые сравнительно просты по
устройству и надежны в эксплуатации.
Устройство приборов этой системы (рис. 112) основано на взаимо-
действии переменных магнитных потоков с токами, которые индукти-
1’ис. Н2. Устройство индукционного
счетчика
рованы этими же потоками в под,-
внжной части прибора.
На рис. 113, а схематически
показано устройство индукционно-
го счетчика типа СО. Он состоит
из двух электромагнитов /1 и Б,
сердечники которых набраны из
тонких листов электротехнической
стали, алюминиевого диска Д,
постоянного магнита М, счетного
механизма С и других второстепен-
ных узлов.
Подвижная часть счетчика со-
стоит из алюминиевого диска Д,
посаженного на ось, Электро-
магнит Б имеет обмотку, выпол-
ненную из медного провода срав-
нительно большого диаметра и
включенную последовательно на-
грузке цепи. По этой обмотке,
имеющей небольшое число витков,
140
проходит ток /, который при активно-индуктивной нагрузке цепи
отстает от напряжения на угол ф (рис. 113, б). Ток / создает магнит-
ный поток Ф/, который отстает от тока / на небольшой угол а (по-
рядка 5—15е) из-за наличия потерь в стали электромагнита Б.
Из рис. 113, а видно, что поток Ф; дважды пересекает диск Д, об-
разуя в зазоре потоки + Ф/ и — Ф/. Эти потоки индуктируют в дис-
ке вихревые токи + h и — //, которые согласно закону электромаг-
нитной индукции отстают по фазе от потоков на угол 90° (сопротив-
ление диска считают чисто активным). Электромагнит А имеет обмот-
ку, включенную параллельно нагрузке. Эта обмотка содержит 8 —
12 тыс. витков тонкого медного провода. При прохождении по об-
мотке электромагнита А ток 1и возбуждает в ней магнитный поток Фу,
который в нижней части среднего сердечника разветвляется на поток
Фр — рабочий и нерабочий или вспомогательный поток Фи. Рабо-
чий поток Фр, выходя из сердечника, пронизывает диск и замыкается
через стальную пластинку П, называемую противополюсом. Поток
Ф„ не пересекает диск, он замыкается через боковые стержни Ьердеч-
ника А и потому не принимает непосредственного участия в создании
вращающего момента, а служит для получения необходимого сдвига
фаз между потоком Фр и напряжением сети U. Так как обмотка сер-
дечника А обладает значительной индуктивностью, ток в ней-/у, а
следовательно, и поток Фу отстают от напряжения U на угол, близкий
90°. Поток Фу равен диагонали параллелограмма, сторонами которого
являются потоки Фр и Фв (см. рис. 113, б). Нерабочий поток Фв вы-
зывает в сердечнике А незначительные потери, поэтому он отстает от
тока /у на малый угол (1—2°), Рабочий поток Фр отстает от этого же
тока на значительно больший угол (20—25°), так как, кроме потерь
в стали, имеются еще активные потери в диске.
Таким образом, потоки +Ф/, Фр, —Ф/, пронизывая диск, ин-
дуктируют в нем вихревые токи 4- //, /и, — h, которые отстают по
141
фазе от магнитных потоков па 90°. Схема распределения токов в диске
показана на рис. 113, s.
По правилу левой руки можно определить, что токи + // и —//,
взаимодействуя с потоком Фр, образуют вращающий момент, направ-
ленный против часовой стрелки. Ток /у, взаимодействуя с потоками
+Ф/ и — Ф/ создает вращающий момент, направленный по часовой
стрелке. Значит, диск находится под действием разности этих вращаю-
щих моментов. Результирующий момент будет равен алгебраической
сумме полученных моментов. Таким образом, величина вращающего
момента индукционного счетчика зависит от взаимодействия магнит-
ных потоков Ф/ и Фр и от угла сдвига фаз между ними. Действительно,
магнитные потоки и индуктируемые ими токи сдвинуты друг относи-
тельно друга на 90°. Если Фр и Ф/ совпадут по фазе и достиг-
нут максимального значения, то вихревые токи будут равны нулю, и,
следовательно, диск вращаться не будет. Когда же угол сдвига фаз
между потоками будет равен 90°, токи в диске совпадут по фазе с пото-
ками соседних электромагнитов и тогда взаимодействие, а следова-
тельно, и вращающий момент будут наибольшими
М „р = С'ФрФ, sin ф,
. где С — постоянная величина, зависящая от конструкции электро-
магнитов и диска.
Из-за наличия воздушных зазоров сердечники электромагнитов
А и Б находятся в ненасыщенном состоянии. Поэтому рабочие пото-
ки Ф/ и Фр будут пропорциональны токам в обмотках, т. е,
Ф/ — С/ /; Фр = Си 1ц — Си U/Zu,
где Zu — полное сопротивление параллельной обмотки. При неиз-
менной частоте сети Zu — величина постоянная, поэтому
Фу == C{jlJ.
Подставляем значения потоков в уравнение вращающего момента
и, объединяя постоянные, получим
Л4вр = CU/ sin ф.
Чтобы счетчик регистрировал энергию электрического тока, его
вращающий момент должен быть пропорционален активной мощности,
т. е,
. Л4вр = CU 1 cos <р = СР.
Это условие выполняется, если sin ф = cos <р, т.е, угол сдвига фаз
между потоками Ф, и Фр:
ф = 90° — (р. (36)
Из векторной диаграммы (см. рис. 113, б) следует, что ф — 0 —.
— <% — <р. Таким образом, для выполнения условия (36) 0 — а должно
быть равно 909.
Выполнение этого условия достигается конструкцией электромаг-
нита А, которая позволяет получить угол 0 >90°. Для регулирова-
ния угла а на электромагнит Б (см, рис. 113, а) накладывают коротко-
142
замкнутые витки w п обмотку 0, .замкнутую на проволочный резистор
R, выполненный в виде петли с перемещающимся контактом (для
плавной регулировки). Индуктируемые в обмотке и витках токи увели-
чивают потери на пути потока Ф/ и, следовательно, увеличивают угол
а. В счетчиках роль противодействующего момента выполняет тор-
мозной момент Му, создаваемый постоянным магнитом. При вращении
диска в поле постоянного магнита М в диске наводятся вихревые токи
и возникают силы, препятствующие его вращению (аналогично маг-
нитоиндукционному успокоителю). Таким образом, на диск счетчика,
кроме вращающего момента, действует тормозной момент Мт.
Так как величина вихревых токов пропорциональна скорости из-
менения магнитного потока, т. е. скорости вращения диска, то тор-
мозной момент пропорционален числу оборотов диска в единицу вре-
мени N/t:
Му = Ку N/t,
где К — число оборотов диска за время t;
К — коэффициент пропорциональности.
Под действием вращающего момента диск начинает вращаться с
ускорением, что приводит к увеличению тормозного момента, который
возрастает до тех нор, пока моменты не уравновесят друг друга. Вра-
щение диска становится равномерным (Л4Т = М вр):
KyNH = СР; KyN- = CPt.
Так как Pl = IV — энергия электрического тока, то
/V = C/KyW = KW.
Из этого уравнения следует, что число оборотов диска счетчика про-
порционально электрической энергии.
Коэффициент пропорциональности К называется передаточ-
н ы м числом счетчик а, которое численно равно числу обо-
ротов диска на единицу учтенной счетным механизмом энергии
К = Д'/IV.
Передаточное число обычно указывается на щитке счетчика. Напри-
мер, 1 кВт-ч — 2500 оборотов диска.
Величина, обратная передаточному числу, называется и о м li-
ft а л ь н о й постоянной счетчика Сн. Опа показывает,
сколько энергии, учтенной счетчиком, соответствует одному обороту
диска
' С„ = IV/Д/. •
Для приведенного выше примера
1 кВг-ч 1000 Вт-3600 с _। ,|4Q В г -с
"____________________________2300 об 2500 об — об
Число оборотов диска, т. е. израсходованная электрическая энер-
гия, автоматически регистрируется счетным механизмом, который со-
стоит из пяти роликов, на каждом из которых нанесены цифры от ну-
ля до девяти (рис, 114). Вращение оси счетчика с помощью червячных
143
Рис. 111. Устройство счетного механизма
144
передач и шестерен передается первому ролику /, жестко связанному
с осью (>. Остальные ролики надеты па ось свободно. Когда первый ро-
лик сделает один полный оборот, следующий ролик с помощью труб-
ки Т и фасонной шестерни Ш повернется на одну десятую полного обо-
рота и т. д. Таким образом, в отверстиях на щитке счетчика будут вид-
ны цифры, показывающие учтенную счетчиком энергию. Кроме пере-
даточного числа, на щитке указываются номинальные напряжения и
ток,»а также класс точности счетчика.
Погрешность счетчика. Из-за наличия трения и отсут-
ствия строгой линейной зависимости между токами и потоками в счет-
чике возникает погрешность. Поэтому действительная постоянная
счетчика Сд отличается от номинальной.
Действительная постоянная счетчика
Сд = PUN,
где Р — мощность сети, в которую включен счетчик;
N — число оборотов диска счетчика за время t.
Относительная погрешность счетчика
1 00% = —". >ЛСд 100% = £"--.Рл 100%,
где IV',] — энергия, учтенная счетчиком:
IVд — энергия, действительно израсходованная в цепи.
Если действительная постоянная счетчика Сд больше номиналь-
ной Сн, то счетчик дает заниженные показания — недоучитывает
энергию, если Действительная постоянная меньше номинальной счет-
чик дает завышенные показания.
Счетчики активной энергии подразделяются на классы точности:
1,0; 2,0 и 2,5. Для каждого класса устанавливаются допустимые отно-
сительные (неприведенные) погрешности в зависимости от тока на-
грузки и cos ср. Это объясняет-
ся тем, что счетчики и при ма-
лых нагрузках должны обладать
небольшой относительной по-
грешностью. ' Например, для
счетчика СО-2МТ класса 2,5 эта
погрешность при нагрузке 10%
номинального тока и costp = 1
не должна превышать ±3,5%.
Поэтому счетчики можно отне-
сти к приборам высокой точно-
сти.
Компенсация тре-
н и я. При малых нагрузках
(5—10% номинальной) на ра-
боту счетчика существенное
влияние оказывает трение в опо-
рах, в счетном механизме, тре-
ние диска о воздух, что приво-
Рис. 115. Принцип созда-
ния компенсационного мо-
мента
дит к увеличению погрешности. Поэтому в счетчиках предусмотрено
устройство, компенсирующее трение,— компенсатор трения.
Принцип компенсации момента трения состоит в том, что благода-
ря металлической пластине (экрану) поток Ф„ разделяется на два не
равных по величине потока Фр и Фр, пересекающих диск Д (рис. 115,
а) и индуктирующих в нем вихревые токи. Различные магнитные со-
противления на пути этих потоков приводят к тому, что они не совпа-
дают по фазам и создают дополнительный вращающий момент, ком-
пенсирующий момент трения.
В счетчиках типа СО вместо медной пластины па нижней части па-
раллельного электромагнита (рис. 115, б) помещен медный коротко-
замкнутый виток 2, имеющий вид рамки. При смещении рамки отно-
сительно оси электромагнита поток, созданный индуктированным в
ней током, накладываясь на часть потока Фр, меняет его на фазу и ве-
личину. В результате диск счетчика будут пронизывать два не равных
по величине и сдвинутых по фазе потока Фр и Фр, которые и создадут
дополнительный вращающий момент. Для точной регулировки ком-
пенсационного момента к противополюсу 3 прикреплен поводок /,
через который замыкается часть потока Фр.
Самоход счетчика. При неправильном положении ком-
пенсатора трения или при повышении напряжения сети компенсаци-
онный момент может стать больше момента трения, и диск счетчика бу-
дет вращаться, когда потребитель не расходует энергию. Это явление
называется самоходом счетчика. Для устранения самохода на сердеч-
нике ^параллельного электромагнита укреплена стальная пластинка
(тормозной флажок) Ф, а на оси счетчика — стальной крючок К
(см. рис. 113, а). Стальная пластинка Ф намагничивается потоком па-
раллельного электромагнита. При вращении оси крючок приближает-
ся к тормозному флажку, намагничивается и притягивается к нему.
Создается дополнительный тормозной момент и при отсутствии нагруз-
ки подвижная часть счетчика останавливается.
Важно правильно отрегулировать противосамоходное устройство
и компенсатор трения, иначе диск счетчика при малых нагрузках мо-
жет не вращаться. Тот наименьший ток, при котором диск начинает
145
безостановочно вращаться, на-
зывается порогом чув-
ствительности или
чувствительно с т ь го
счетчика.
Порог чувствительности счет-
чика в процентах определяется
выражением’
Рис. 1J6. Схема включения в сеть одно- с /мвя 1ПП0/ _ /’мин mciOi
фазного счетчика ~ ' 'о 7 и 'О»
1 н г н
где РМИп — минимальная мощность, при которой счетчик начинает
безостановочно вращаться;
Рн — номинальная мощность счетчика.
Чувствительность счетчика класса 1,0 не должна превышать 0,5%,
а класса 2,0 и 2,5 — 1 % при cos <р = 1.
На рис. 116 показана схема включения счетчика. Начала и концы
обмоток счетчика обозначаются соответственно буквами Г (генератор)
и Н (нагрузка)
К преимуществам счетчиков индукционной системы относятся зна-
чительная перегрузочная способность, малое влияние внешних маг-
нитных полей и надежность в эксплуатации. Однако индукционные
счетчики чувствительны к колебаниям частоты сети и пригодны только
для цепей переменного тока.
Наиболее распространенным типом счетчиков, выпускаемых в
СССР, является семейство счетчиков СО-2. Модификацией счетчика
СО-2 служит счетчик СО-5 (СО-И470) и счетчик СО-2М, конструктив-
но мало отличающиеся друг от друга.
На электровозах переменного тока потребляемая активная элект-
роэнергия измеряется однофазными индукционными счетчиками типа
СО-И442. Токовая обмотка счетчика -включается через измерительный
трансформатор тока, а обмотка напряжения — через трансформатор
напряжения.
§ 69. ИЗМЕРЕНИЕ АКТИВНОЙ ЭНЕРГИИ
В ЦЕПИ ТРЕХФАЗНОГО ТОКА
Активную энергию в цепи трехфазного тока можно измерить двумя
или тремя однофазными счетчиками, включив их аналогично схемам
для измерения активной мощности методами двух или трех ваттмет-
ров (см. §64). На рис. 117, а приведена схема включения трех счетчи-
ков для измерения электроэнергии в четырехпроводных цепях трех-
фазного тока. Энергию в трехпроводных цепях можно измерить двумя
однофазными счетчиками, включив их по схеме, приведенной на
рис. 117, б. Однако в цепях трехфазного тока учет энергии чаще всего
производится трехфазными индукционными счетчиками, которые, как
и трехфазные ваттметры, состоят из двух или трех измерительных эле-
ментов, действующих на общую подвижную часть.
146
Рис. 117. Схемы включения однофазных индукционных счетчиков
Для учета активной энергии в трехфазных четырехпроводных це-
пях промышленность выпускает трехэлементные трехдисковые счет-
чики и трехэлементные двухдисковые счетчики типа СА4-И678,
СА4У-И672М класса точности 2,0; СА4У-И675 класса точности 1,0. Бук-
вы и цифры в обозначениях типа счетчика имеют следующее значение:
С — счетчик, О — однофазный, А — активный, Р — реактивный, 3—
трехпроводн^й, 4 — четырех-
проводпый, У — универсаль-
ный, И — индукционный.
На оси трехэлементного
двухдискового счетчика
(рис. 118) укреплены два
диска, на которые воздейст-
вуют три измерительных эле-
мента. Устройство каждого
элемента аналогично устрой-
ству электромагнитной си-
стемы однофазного счетчика.
Благодаря действию момен-
тов на общую ось, с которой
связан счетный механизм,
его показания будут равны
энергии трехфазного тока.
В трехдисковом счетчике
на каждый диск действует
отдельный измерительный
элемент. Это приводит к
уменьшению дополнительных
погрешностей, возникающих
вследствие того, что индук-
ционные токи в диске от од-
ного элемента не взаимодей-
ствуют с потоками другого
элемента, и наоборот.
Для учета активной энер-
гии в трехфазиых трехпро-
Рис. 118. Устройствотрехэлемеитного двух-
дискового счетчика
147
Рис. 119. Схема включения двух-
элементного счетчика в трехпро-
водную сеть
водных цепях промышлен-
ность выпускает двухэле-
ментные двухдисковые счет-
чики типов САЗ-И670М,
САЗУ-И670 М класса 2,0;
САЗУ-И674 класса 1,0. При
включении трехфазных счетчиков нужно строго соблюдать последо-
вательность включения фаз, указанную на счетчике (рис. 119).
§ 70. ИЗМЕРЕНИЕ РЕАКТИВНОЙ ЭНЕРГИИ
В ЦЕПИ ТРЕХФАЗНОГО ТОКА
Реактивную энергию трехфазпого тока можно измерить двумя или
тремя однофазными счетчиками или трехфазным счетчиком активной
энергии, включив их по схемам для измерения реактивной мощности,
которые рассмотрены в § 65. Однако эти методы не получили распро-
странения, так как они связаны с вычислениями.
Наибольшее распространение получили реактивные трехфазные
счетчики индукционной системы, которые по своей конструкции и
внешнему виду аналогичны счетчикам активной энергии, нс отлича-
ются от них лишь схемой внутренних соединений обмоток и включе-
нием в сеть.
На рис. 120, а показана схема включения двухэлементного реак-
тивного счетчика типа СР4 с дополнительной последовательной об-
моткой, которая включается в рассечку того линейного провода, куда
не включены основные токовые обмотки. Дополнительная обмотка
разделена на две равные части, которые расположены на магнитопро-
водах последовательных электромагнитов счетчика, и имеет направле-
ние. 120. Двухэлементный счетчик реактивной энергии типа 0’4
48
ние витков, обратное направлению витков основных токовых обмоток
(начало каждой обмотки обозначено на рис. 120, а точкой). Поэтому
вращающие моменты, создаваемые с участием дополнительной обмот-
ки, имеют отрицательный знак.
Из векторной диаграммы и схемы включения (рис, 120, а и б) ясно,
что первый элемент вызывает вращающий момент
Л1 i = KUвс (/д cos (90°—фА ) — /в cos (30°фв)) —
= KUBC I /а sin ф а-/в cos фв + — /в sin фв j,
\ 7
а второй элемент вызывает момент
= КU(/с cos (90° —Фс) — /в cos (150° фВ)) =
= KU.xu ( /сsin фС + /в cos фВ -Ь-i- /в sin фВ).
Если система напряжений симметрична, т. е. t/дв = С/вс =
= (/с.а = Un = И>3 Уф, то вращающий момент счетчика
М = М1 + М2=К / ЗУф(/д Sin Фа + /в sin ф1( +/с sin фС) = К У~3 Q.
Счетчик будет учитывать реактивную энергию. Эти счетчики могут
работать в четырехпроводных и трехпроводных системах трехфазного
тока с равномерной и неравномерной нагрузками фаз, ио при сим-
метрии напряжений.
Для измерения реактивной энергии в трехпроводных цепях трех-
фазного тока промышленность выпускает двухэлементные счетчики
типа СРЗ с 60-градусным сдвигом (рис. 121). Эти счетчики отличаются
от двухэлементных счетчиков активной энергии тем, что угол сдвига
фаз между напряжением па параллельной обмотке и рабочим потоком
Фр равен 60° в отличие от счетчиков а тивной энергии, у которых он
близок к 90°. Это достигается вклю-
чением в параллельную цепь каждого --------------------г
элемента резистора R, за счет кото-
рого цепь становится более активной,
а угол сдвига фаз уменьшается.
Счетчики с 60-градусным сдвигом
применяются в трехпроводных сетях
с равномерной и неравномерной на-
грузками фаз, но при симметрии на-
пряжений. Они очень удобны в экс-
плуатации, так как схема их включе-
ния в сеть аналогична схеме включе-
ния двухэлементного счетчика актив-
ной энергии.
При включении счетчиков реактив-
ной энергии следует соблюдать по-
рядок чередования фаз. При индук-
тивной нагрузке диск реактивного
Рис. 121. Схема включения счет-
чика типа СРЗ с 60-градусным
сдвигом в трехпроводную трех-
фазную сеть
149
счетчика вращается в направлении стрелки, указанной на щитке
прибора, а при емкостной — в обратном направлении. Поэтому в слу-
чае емкостной нагрузки реактивный счетчик следует включать, по-
меняв местами входящие и выходящие провода, т. е. считать за «гене-
ратор» не сеть, а потребитель. Наша промышленность выпускает счет-
чики реактивной энергии типов СР4-И679, СР4У-И673М класса
2,0 и СР4-И676 класса 1,5 и др.
§ 71. ВКЛЮЧЕНИЕ ТРЕХФАЗНЫХ СЧЕТЧИКОВ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
ЧЕРЕЗ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ
При измерении активной и реактивной энергии в цепях низкого
напряжения (до 380 В), когда токи цепи превышают номинальные токи
счетчиков, последние включаются через измерительные трансформато-
ры тока. В цепях высокого напряжения счетчики всегда включаются
через измерительные трансформаторы тока и напряжения.
Схемы включения счетчиков через измерительные трансформаторы
(рис. 122) аналогичны схемам включения ваттметров. Зажимы Л1 пер-
вичных обмоток трансформаторов должны быть включены со стороны
генератора. Заземлять вторичные обмотки трансформаторов нельзя,
так как это привело бы к короткому замыканию между фазами.
Схема совместного включения счетчиков активной и реактивной
энергии в сеть высокого напряжения показана па рис. 123. Начала пер-
вичных обмоток трансформаторов напряжения (выводы А) через
высоковольтные предохранители присоединяются к тем же фазам, в ко-
торые включены трансформаторы тока, а концы (выводы х) соединяюг-
Рис. 122. Схема включения счет-
чика типа CAT через измеритель-
ные трансформаторы тока
А
В
С
САЗ Ср3
Рис. 123. Схема включения счетчиков ти-
па САЗ и СРЗ через измерительные
трансформаторы тока и напряжения
150
ся между собой и подключаются к «свободной» фазе. При этом к на-
чалам вторичных обмоток трансформаторов напряжения (выводы
подсоединяются начала соответствующих параллельных обмоток счет
чиков. t
Через измерительные трансформаторы включаются грехфазные
трансформаторные и универсальные счетчики типов САЗУ, СРЗУ,
СА4У и СР4У, зажимная коробка которых отличается от коробки счет-
чиков непосредственного включения отсутствием металлической пере-
мычки между последовательными и параллельными обмотками.
Трансформаторные счетчики в отличие от универсальных включа-
ются в цепь через измерительные трансформаторы, коэффициент транс-
формации которых указан на щитках счетчиков. Счетный механизм
этих счетчиков показывает действительный расход электроэнергии в
сети с учетом измерительных трансформаторов. Универсальные счет-
чики не предназначены для работы с определенньЛи трансформатора-
ми. Поэтому для нахождения действительного расхода электроэнер-
гии их показания нужно умножить на произведение коэффициентов
трансформации трансформаторов тока и напряжения.
§ 72. ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ СЧЕТЧИК
ЭНЕРГИИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Для учета энергии в цепях постоянного тока применяют счетчик
.электродинамической системы, схематическоё устройство которого по-
казано на рис. 124.
Счетчик состоит из неподвижной двухсекционной катушки Б и
якоря А, обмотка которого содержит большое число витков тонкой мед-
ной проволоки. Секции якоря включены треугольником и подсоединя-
ются к трем пластинам коллектора, на которые наложены две щетки С.
Последовательно с якорем включены добавочный резистор /?д и не-
подвижная катушка КК. Эта цепь подключена параллельно потреби-
телю, и поэтому ее ток /у пропорционален напряжению сети. Токи,
проходя по неподвижной токовой катушке и якорю, возбуждают маг-
нитные потоки, при взаимодействии которых возникает вращающий
момент. Так как по катушке Б протекает ток нагрузки /, а ток якоря
/и пропорционален напряжению сети, то вращающий момент счетчи-
ка пропорционален мощности нагрузки. При вращении диска в поле
постоянного магнита М создается тормозной момент. Поэтому счет-
ный механизм данного счетчика, как и в счетчике индукционной систе-
мы, учитывает энергию, израсходованную в нагрузке.
Ток неподвижной катушки КК образует магнитное поле, которое,
взаимодействуя с полем якоря, создает дополнительный вращающий
момент, компенсирующий момент трения. Для устранения самохода
счетчика на его оси укреплен тормозной крючок К, который удержи-
вается постоянным магнитом М при отсутствии нагрузки.
Для учета электроэнергии на электровозах служит счетчик типа
СКВТ-Д600М класса 3,0 на номинальный ток 1500 А при номиналь-
ном напряжении 3000 В. Схема включения счетчика дана на рис. 125.
15)
Рис. 125. Схема включения в сеть
счетчика типа СКВТ-Д600М
Рис. 124. Устройство и схема вклю-
чения в сеть электродинамического
счетчика
Последовательно с параллельной цепью включен наружный добавоч-
ный резистор /?д, который входит в комплект счетчика. Для учета
энергии в цепях постоянного тока на электроподвижно.м составе при-
меняют счетчики типа СКВТ-Д621 класса 2,5. Они используются в
комплекте с отдельным добавочным резистором и наружным калибро-
ванным шунтом на 150 мВ. Счетчики типа СКВТ-Д621 рассчитаны на
но.минальный ток 300, 750 и 1500 А, номинальное напряжение 1500 и
3000 В, чувствительность 2%. Допустимая погрешность ±2,5% при
токе 50 — 120% номинального.
§ 73. ПОВЕРКА СЧЕТЧИКОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
Для обеспечения точности измерений счетчики электрической энер-
гии, как и все измерительные приборы, подвергаются обязательной
периодической поверке, которая проводится в соответствии с требова-
ниями ГОСТ 8. 259—77.
Поверка счетчиков проводится путем сравнения показаний счет-
ного механизма проверяемого счетчика с показаниями образцового, или
методом ваттметра и секундомера. В лабораторной практике при по-
верке единичных счетчиков пользуются в основном методом ваттмет-
ра и секундомера. Схема включения приборов для поверки однофаз-
ного счетчика приведена на рис. 126. Счетчики переменного тока по-
веряются при cos ф = 1 и cos ф — 0,5, поэтому в схему включен фа-
152
зорегулятор ФР. Нагрузочный трансформатор НТ и автотрансформа-
тор ЛАТР необходимы для обеспечения в широких пределах плавной
регулировки тока.
Поверку счетчика начинают с наружного осмотра, после чего про-
веряют самоход счетчика, чувствительность и его основную погреш-
ность. Счетчик включают в соответствии со схемой рис. 126 и прогре-
вают его при номинальных напряжении и токе в течение 15 мин
(cos <р = 1).
Точное время прогрева счетчика, а также показание его счетного
механизма записываются до и после прогрева. Произведение мощности
нагрузки на время работы счетчика должно быть равно разности по-
казаний счетного механизма. Так проверяется работа счетного меха-
низма. После предварительного прогрева проверяют счетчик на само-
ход, для чего размыкают токовую цепь и устанавливают потенциомет-
ром Rn напряжение, равное 110% номинального. При этом диск счетчи-
ка должен сделать не более одного полного оборота. Счетчики постоян-
ного тока для подвижного состава электрифицированных железных
дорог не должны иметь самоход при напряжении 130% номинального.
После поверки счетчика на самоход определяют его чувствитель-
ность, для чего в токовую цепь включают реостат 1000 Ом и устанавли-
вают по вольтметру номинальное напряжение. Затем, постепенно
уменьшая сопротивление реостата, определяют по амперметру то на-
именьшее значение тока, при котором диск счетчика начинает вращать-
ся (сделает больше одного полного оборота). В зависимости от клас-
са точности чувствительность счетчиков переменного тока должна быть
0,5 —1%. Поверку чувствительности проводят для счетчиков актив-
ной энергии при cos<p = 1, а для счетчиков реактивной энергии — при
sin ф = 1. Затем проверяют погрешность счетчика
т = юо’/о.
Номинальная постоянная Сн определяется по передаточному числу
/< (см. § 68), а действительная постоянная Сд — по показаниям ватт-
метра, секундомера и подсчету
числа оборотов диска /V:
Сд = Pt/N.
Время отсчета должно быть
не менее 50 с.
Рднофазные и трехфазные
счетчики проверяются при лю-
бых трех значениях нагрузки,
когда cos ф = 1, и при одном
значении нагрузки, когда
cos ф => 0,5. Счетчики постоян-
ного тока поверяются при на-
грузках 10,50 и 100% номиналь-
ной. При поверке счетчика от-
счет времени следует начинать
Рис. 126. Схема для проверки однофаз-
ного счетчика активной энергии с фазо-
регулятором
Рис. 127. Поверка однофазного счетчика активной энергии
при совпадении красной метки на диске счетчика с фиксированной
точкой на его щитке.
Если фазорегулятор отсутствует, то для поверки однофазного
счетчика можно применить схему, приведенную на рис. 127, а, в кото-
рой нужный сдвиг в 60° (cos <р = 0,5) создается искусственно.
В этом случае последовательная обмотка счетчика включается
между фазами А-С, а обмотка напряжения — между фазами В-С.
При этом угол сдвига фаз между током / и напряжением Uвс получа-
ется 60° (рис. 127, б).
Все записи испытаний заносятся в протокол.
Глава 11
ИЗМЕРЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ
И ЧАСТОТЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
§ 74. ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ И ФЕРРОДИНАМИЧЕСКИЙ
ФАЗОМЕТРЫ
В однофазных и трехфазных цепях при равномерной нагрузке
фаз коэффициент мощности cos ф можно измерить косвенным методом
с помощью амперметра, вольтметра и ваттметра (в цепях однофазного
Р Р
тока cos <р = ул и в цепях трехфазного тока cos ф = —-. Одна-
,U V3 /л ил
ко при косвенном методе измерения коэффициента мощности необхо-
димо одновременно вести отсчет по трем приборам и затем производить
вычисления, что неудобно. Поэтому на электрических установках про-
мышленных предприятий применяется прямой метод измерения коэф-
фициента мощности с помощью приборов, называемых фазометрами.
Различают фазометры электродинамической, ферродинамической и
электромагнитной системы.
Электродинамический однофазный фазо-
метр представляет собой логометр. Неподвижная катушка А состо-
ит из двух секций, расположенных так, чтобы обеспечить внутри ка-
154
тушки практически равномерное магнитное поле (рис. 128, а). По не-
подвижной катушке, включенной последовательно с нагрузкой, течет
ток /,,. В поле неподвижной катушки расположены две подвижные ка-
тушки Б1 и Б2, укрепленные на общей оси и жестко связанные между
собой под углом у. Они включены параллельно нагрузке на напряже-
ние сети U. Последовательно с катушкой Б1 включен резисюр R с
большим активным сопротивлением, поэтому ток lt совпадает по фазе
с напряжением U. В цепь катушки Б2 включена индуктивность L,
поэтому ток /а отстает oi напряжения U на угол 0, близкий! к 90°. Век-
торная диаграмма однофазного электродинамического фазометра при
активно-индуктивной нагрузке (ток /„ отстает от U по фазе на угол ср)
приведена на рис. 128, б.
Взаимодействие тока неподвижной катушки с токами /, и /2 под-
вижных катушек создает в фазометре два вращающих момента:
МБ1 = t’i/цЛ cos <р cos (у — а); Л1б2 = с2/н/г cos (0 — ср) cos а,
где а — пространственный угол между осью неподвижной катушки
и плоскостью подвижной катушки Б1.
Направления витков в катушках Б1 и Б2 противоположны друг
другу, поэтому один вращающий момент направлен по часовой стрел-
ке, а другой — против. При равновесии подвижной части фазометра
М Б1 = М б2, т. е.
cos ср cos (у — а) = с2 /н/2 cos (0 — ср) cos а.
Полагая, что конструктивные постоянные катушек и с2 равны, по-
лучаем
cos (у—а) _ /а _ cos (0—<р) ^7)
cos а 11 cos <p
Параметры параллельных цепей фазометров подобраны так, что
= /2; 0 = а. Поэтому из равенства (37) следует, что а = ср. Таким
образом, угол поворота подвижной части прибора зависит от <р0. Сле-
довательно, шкалу фазометра можно проградуировать в значении утла
ср или коэффициента мощности cos ср.
Шкала фазометра электродинамической системы равномерна отно-
сительно угла ср и неравномерна по отношению к cos ср. Существенным
V
Рис. 128. Электродинамический фазометр
155
недостатком этого фазометра является зависимость его показаний от
частоты, так как с изменением частоты меняются индуктивное сопро-
тивление катушки L, ток 1г и угол ₽, что вызывает дополнительную
погрешность прибора.
Фазометры типа ЭЛФ свободны от указанного выше не-
достатка. В данном приборе (рис. 129, а и б) последовательно с не-
подвижной катушкой для компенсации ее индуктивного сопротивле-
ния включен конденсатор CI, величина которого выбрана так. что
в последовательной цепи наступает резонанс напряжений и сопротив-
ление цепи уменьшается. Для компенсации погрешности от изменения
частоты катушка Б2 выполнена из двух Одинаковых секций Б Г и Б2",
которые включены встречно (начало одной секции соединено с конном
другой).
Последовательно с Б2' включен дроссель L, а с Б2" — конден-
сатор С Г что обеспечивает сдвиг фаз между токами секций на 180°.
Но так как секции включены встречно, их вращающие моменты направ-
лены в одну сторону и складываются. Значения индуктивности L и
емкости С подобраны так, что при номинальной частоте 2л),,L _ —J—
и токи в секциях Б2’ и Б2” равны.
При изменении частоты в некоторых пределах увеличение тока в
одной секции катушки Б2 практически равно уменьшению тока в дру-
гой секции, а суммарный вращающий момент остается неизменным.
Таким образом, показания фазометра не зависят от частоты. Фазо-
метр содержит понижающий трансформатор Тр для работы в цепях с
разными напряжениями.
В настоящее время вместо фазометра ЭЛФ наша промышленность
выпускает фазометры типа Д-578.
Электродинамический трехфазный фазо-
метр отличается от однофазного (см. рис. 128, о) тем, что вместо ин-
дуктивности включено активное добавочное сопротивление.
Рис. 129. Фазометр типа ЭЛФ
156
Рис. 130. Упрошенная схема элект-
родинамического трехфазного фазо-
метра
Рис. 131. Схема ферро-
динамического трех-
фазпого фазометра
Неподвижная катушка трехфазного фазометра типа Д-120 (рис. 130)
фазометра включена через переключатель пределов в рассечку первого
линейного провода, а подвижные катушки — через добавочные сопро-
тивления R между первым н вторым и первым и третьим линейными
проводами. Так как линейные напряжения (Уде и U^c сдвинуты по фазе
на угол 60°, то токи в подвижных катушках также имеют сдвиг (3=60°.
Подвижные катушки фазометра скреплены между собой под углом
у == 60° и поэтому у = р. Следовательно, исходя из анализа формулы
(37) а = <р, т. е. шкала трехфазного фазометра относительно утла ф рав-
номерна.
Фазометр Д-120 можно применять в трехфазных симметричных це-
пях с равномерной нагрузкой фаз. В приборе отсутствуют реактив-
ные дополнительные элементы, поэтому его показания не зависят от
частоты.
Наша промышленность выпускает также электродинамический
трехфазный переносный фазометр типа Д-586, который имеет 21
модификацию, различающуюся значениями номинальных токов и пре-
делами измерения cos ф. Прибор Д-586 выпускается взамен Д-510.
Ферродинамический трехфазный фазометр
по принципу действия и схеме включения не отличается от электро-
динамического. Стальные сердечники, которые введены в измеритель-
ный механизм фазометра, увеличивают устанавливающий момент, по-
вышают коэффициент добротности прибора и снижают потребляемую
мощность.
Т^ехфазный щитовой ферродинамический фазометр (рис. 131) от-
личается от электродинамического фазометра наличием двух допол-
нительных «перекрестных» резисторов Rv и /?с, которые по величине
намного больше резисторов /?д1 и /?д2. Наличие /?в и /<. приводит к
уменьшению угла сдвига фаз между напряжениями на подвижных
(параллельных) катушках'и расширению пределов измерения угла ф.
Ферродинамический фазометр типа Д-342 имеет пределы измерения
cos ф = 0,5 (емк.) — 1—0,5 (инд.). Номинальный ток 5 Л, номиналь-
ное напряжение 100, 127, 220, 380 В.
157
§ 75. ЭЛЕКТРОННЫЙ ФАЗОМЕТР
Для измерения сдвига фаз между двумя напряжениями перемен-
ного тока предназначен электронной фазометр, разработанный в лабо-
ратории кафедры «Автоматика и телемеханика» ОМИИТа 1341. В функ-
циональных узлах прибора применены полупроводниковые диоды и
транзисторы. Фазометр позволяет производить измерение углов сдвига
фаз от 0 до ± 180° переменных напряжений от 0,5 до 380 В в диапа-
зоне частот 204-2000 Гц. Точность измерения на частоте 50 Гц состав-
ляет ±3%. Мощность, потребляемая прибором от измеряемой цепи,
не превышает 25 мВт. Для исключения гальванической связи между
входами исследуемых напряжений применены трансформаторы. Вход-
ное сопротивление каждого входа на частоте 50 Гц составляет около
60 кОм.
Питание прибора производится от батареи напряжением 9 В (на-
пример, типа 3336 Л и т. и.) или от стабилизированного выпрямителя,
питающегося от сети переменного тока 220 В, 50 Гц.
Принцип действия фазометра основан на измерении промежутков
времени А/ межд^моментами перехода исследуемых напряжений через
нулевые значения. Промежутки времени А/ пропорциональны сдвигу
фаз, т. е.
Дг = -* ,
(1)
где <р — измеряемый угол сдвига фаз, радиан;
— угловая частота исследуемого напряжения.
Отсюда <р =- «А/ — у At рад — 360 град.
На упрощенной структурной схеме прибора (рис. 132) показаны
два формирующих канала. В каждый из них входят одинаковые функ-
циональные блоки: ограничитель амплитуд ОА; однотактный релакса-
тор ОР; дифференцирующие цепи ДЦ. Исследуемые переменные на-
пряжения (рис. 133, графики / и 2) подводятся к трансформаторам
Тр1 и Тр2. Одно из напряжений U1 является опорным, т. е. U1 =
= 1/011. В однотактных релаксаторах ОР происходит преобразование
синусоидальных напряжений в прямоугольную форму с крутыми фрон-
тами (см. рис. 133, графики 3 и 4). Затем они проходят диффереицирую-
Рис. 132. Функциональная схема электронного фазометра
158
mne цепи, на выходе которых за каждый полу-
период появляются два коротких импульса:
плюсовый и минусовый. Измерение сдвига фаз
возможно между плюсовыми или минусовыми
импульсами, как показано па графиках 5 и 6
(см. рис. 133).
В рассматриваемой схеме работой триггера
Тг управляют отрицательные импульсы. При
первом запускающем импульсе триггер опроки-
дывается, а при действии второго импульса,
через промежуток времени Л/ — tp/oi переходит
в другое устойчивое состояние. Следовательно,
длительностью открытого и закрытого состояния
триггера управляют импульсы, сдвинутые по
времени на величину Д/, пропорциональную
сдвигу фаз (р. Между средним значением тока
/с.р в цепи опрокинутого триггера и углом сдви-
га фаз <р существует линейная зависимость
/ — 7 4- к —
*ср j 'о 1 Л2л*
где 1п — постоянная составляющая тока;
к. — ко:ффйциент пропорциональности;
<р — измеряемый угол сдвига фаз.
Триггер Тг управляет измерительной схемой
через диол Д. Для исключения влияния постоян-
ной составляющей тока 70 н; измерительный
при'юэ он включен в мостовую схему (транзи-
сторы Т1 и Т2), в которой резисторы R7 и R8
служат нагрузкой в цепях эмиттеров, а рези-
Рпс. 133. Временные
диаграммы, поясня-
ющие принцип дей-
ствия электронного
фазометра
сторы Rl, R3, R4, R5, R6 стабилизируют режим работы схемы.
В схеме фазометра имеется переключатель /7/ на три положения.
В положении «О» опорное напряжение Uail поступает в первый фор-
мирующий канал. При этом опрокидывается триггер Тг. В этом состоя-
нии схемы регулировкой сопротивления резистора R2 устанавливают
стрелку прибора <р на нулевую отметку шкалы. Затем переключатель
/77 переводят в положение «7<?(7°», при котором опорное напряжение по-
ступает в оба формирующих канала. Регулировкой резистора R3 ус-
танавливают стрелку прибора на отметку «18(Тъ. Для проверки рабо-
тоспособности прибора изменяют положение переключателя [13, имею-
шещдва положения. При любом из них стрелка прибора должна оста-
ваться на отметке «180°*.
После указанных регулировок на второй формирующий канал пере-
ключателем П1 подается второе исследуемое напряжение U2 и про-
изводится измерение угла сдвига фаз гр по показаниям измерителя.
В процессе измерения определяется угол сдвига фаз между напряже-
нием Utn, которое является начальным, и напряжением U2. Если стрел-
ка прибора зашкаливает, нужно изменить положение переключателя
[13 и произвести отсчет угла. Переключатель ПЗ, как указано выше,
159
180
О О^О измерение f
Сеть Пр ВнР1 Опер иоп
х-у Источник Вектору?
ПЧ пи™т” П? ЛЗ
батарея Выкс. Or стает от lfOn
Рис. 134. Лицевая панель электрон-
ного фазометра
имеет два положения: «отстает»
или «опережает», одно из которых
при нормальном отклонении стрел-
ки указывает направление векто-
ра исследуемого напряжения. U2
по отношению к вектору напряже-
ния U6n. Графики 7 и 8 напряже-
ний на зажимах стрелочного ука-
зателя при U2 опережающем и U2
отстающем соответственно показа
ны на рис. 133. Выключатели П2 и
П4, управляющие цепями питания,
на схеме не показаны.
Конструктивно монтаж прибора
выполнен на печатной плате, ус-
тановленной в корпус размером
220x180x72 мм. Лицевая панель
прибора с размещенными па ней
ручками управления, коммутирую-
щими элементами приведена на рис. 134. Возле них поставлены обо-
значения элементов, указанных в описании схемы.
Рассмотренный фазометр применяется при измерении сдвига фаз
между напряжениями путевой и местной обмоток реле ДСР и ДСЕ11,
при проверке правильности чередования фаз в смежных рельсовых пе-
нях и для других подобных измерений в устройствах железнодорожной
автоматики.
§ 76. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИЗМЕРЕНИИ НИЗКИХ
И ВЫСОКИХ ЧАСТОТ
Измерение низких частот (до 2000 Гц) с относительно невысокой
точностью (от долей процента до нескольких процентов) производит-
ся -с помощью стрелочных или регистрирующих частотомеров, кото-
рые в зависимости от условий работы, назначения и диапазона изме-
ряемых частот бывают электродинамической, ферродинамической,
электромагнитной, выпрямительной, выбрационной и других си-
стем.
В современной аппаратуре автоматики, телемеханики и связи, при-
меняющейся на железнодорожном транспорте, используется широкий
спектр частот. Требования по обеспечению надежности, устойчивости
и высококачественной работы аппаратуры и каналов связи вызывают
необходимость измерения частоты в процессе их настройки и регули-
ровки. Частоту приходится измерять при проверке и настройке ап-
паратуры уплотнения, а также в ряде других случаев, особенно при
выявлении источников помех, создающих мешающие влияния на ка-
налы связи.
В зависимости от измеряемой частоты и требуемой точности изме-
рений выбирается метод измерения,
16Q
Широкое распространение получили следующие методы измере-
ния частоты: заряда и разряда конденсатора, используемый в диапазо-
не низких и звуковых частот; мостовой, применяемый в диапазоне
звуковых частот; резонансный для измерений в области высоких час-
тот; сравнения измеряемой частоты с частотами образцового генератора.
§77. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ
Измерение частоты ио схеме моста. Для измерения тональных час-
тот, занимающих диапазон от 100 Гц до 15 кГц, иногда используют мос-
товую схему (рис. 135), условие равновесия которой зависит от частоты
подведенного к ней напряжения переменного тока.
В схеме моста сопротивление резистора R2 устанавливают в 2 раза
больше сопротивления резистора R1. Емкости конденсаторов С одина-
ковые. При постоянных значениях сопротивления указанных резисто-
ров и емкости конденсаторов измеряемая частота зависит только от
сопротивления резисторов R, которыми балансируют мост, и опреде-
ляется равенством fx == 1/2л/?С. Сопротивления резисторов R равны
между собой и регулируются одновременно общей ручкой. Это дает
возможность отградуировать мост непосредственно в величинах изме-
ряемой частоты fx.
Погрешность измерений этим способом составляет 0,5—1%. Аппа-
ратура с использованием мостовых схем измерения частоты постепенно
вытесняется более точными современными приборами.
Измерение частоты резонансным методом. Высокие частоты доволь-
но часто измеряют резонансным методом. Для этой цели применяют ко-
лебательный контур LC (рис. 136), с которым индуктивно связана
(через катушку L') цепь индикатора, состоящая из гальванометра Гв и
детектора Д. При измерении исследуемый генератор ГВЧ индуктивно
связывают с контуром LC частотомера и, вращая ручку конденсатора С,
настраивают частотомер в резонанс с генератором по максимальному
отклонению стрелки индикатора. Во время резонанса индуктивное и
емкостное сопротивления контура равны между собой wL = l/'wC.
Из этого выражения можно определить частоту, па которую настроен
контур, fK =—1——. При известной индуктивности катушки L и
2л УТс
емкости конденсатора С легко вычислить частоту fx — fK.
Рис. 135. Мостовая схема из-
мерения частоты
Рис. 136. Схема измерения вы-
соких частот
6 Зак. [это
161
Обычно в резонансных частотомерах шкала переменного конденса-
тора С градуирована в единицах частоты (килогерцах или мегагерцах)
при заданной индуктивности катушки L, или же для определения час-
тоты используют градуировочные таблицы.
Измерение частоты методом сравнения с частотой образцового
генератора. Широкое распространение для измерения высоких частот
получил метод сравнения при. помощи нулевых
б и е н и й (гетеродинный метод). При измерении этим методом ис-
пользуют образцовый генератор Г2 (рис. 137,а) частоты /0, которую
можно изменять в процессе измерений. Генератор связывают детек-
торной цепью, состоящей из диода П, (нелинейной элемент) и инди-
катора-телефона Т, зашунтированного конденсатором С. С этой же
цепью связывают генератор Г1 неизвестной частоты fx.
' Предположим, что генераторы неизвестной fx и образцовой /0
частот вырабатывают колебания чисто синусоидальной формы. В ре-
зультате детектирования этих колебаний, наведенных в детекторной
цепи, возникает ряд гармоник и комбинационных частот, среди кото-
рых появляется разностная частота [х— /0 или f0 — fx, которая яв-
ляется частотой биений. При изменении частоты /0, когда разность
частот fx — f0 становится менее 15 кГц, в телефоне Т будет прослу-
шиваться тон разностной частоты Д/ = fx — f0. По мере приближения
частоты к частоте fx тон биений будет понижаться (график на рис.
137, б, участок /—2) и при частоте Д/ = 16 Гц звук в телефоне исче-
зает, так как тракт телефон-ухо не реагирует на частоты ниже 16 Гц.
Продолжая дальнейшее увеличение частоты /0, можно снова услышать
звук при частоте Д/ = f0 — fx. Область между пропаданием и появле-
нием звука в телефоне (участок 2—4 на графике) называется областью
нулевых биений. Равенству частот fx = /0 соответствует на графике точ-
ка 3. Абсолютная погрешность измерений этим методом составляет
32 Гц.
Для повышения точности измерений при пропадании звука в теле-
фоне вместо него в цепь включают магнитоэлектрический микроам-
перметр (гальванометр). При частоте биений меньше 10 Гц стрелка при-
бора колеблется, а при f0=fx стрелка останавливается на нуле шкалы.
Так уточняют момент нулевых биений. Тональные частоты также мож-
но измерять методом сравнения при помощи биений. Для этого приме-
Рис. 137. Схемы измерения частоты методом сравнения
162
Рис. 138. Схемы измерения частоты методом перезаряда конденсатора
няют образцовый генератор Г1 с частотой /0, которую сопоставляют с ис-
следуемой частотой fx. Напряжения от образцового и исследуемого гене-
раторов подают одновременно в общую цепь с включенным в нее телефо-
ном (рис. 137, в). При этом изменяют частоту f0. Когда разность между
частотами /0 и fx будет незначительной (около 5—10 Гц), между этими
частотами возникают биения, легко обнаруживаемые на слух при по-
мощи телефона. Если, например, частота fx >=900 Гц, а частота /0 =
= 870 Гц, то в цепи с телефоном будет проявлять свое действие пере-
менный ток, частота которого равна 900 Гц, а интенсивность колеба-
ний изменяется с частотой биений, равной разности fx — f0 ==30 Гц.
При этом в телефоне слышен «воющий тон» с частотой 900 Гц. Частота
«завываний» равна частоте биений 30 Гц.
Если частота образцового генератора /0 точно совпадает с частотой
исследуемого генератора [х, то в телефоне будет слышен ровный тон
с частотой 900’Гц. Амплитуды напряжений генераторов при измере-
нии по возможности устанавливают равными друг другу. Для повыше-
ния точности измерений вместо телефона применяют гальванометр маг-
нитоэлектрической системы, включенный через детектор. В настоящее
время для измерения частоты методом сравнения с частотой образцово-
го генератора широко используют электронный осциллограф.
Измерение частоты методом перезаряда конденсатора. Идея метода
иллюстрируется схемой, приведенной на рис. 138, а. Конденсатор С
с помощью переключателя К подключают па заряд к батарее Е, а за-
тем на разряд через гальванометр Гв. Если конденсатор заряжается
и разряжается полностью за время одного переключения переключате-
ля /(, то количество электричества, накапливаемое конденсатором и
отдаваемое им гальванометру, будете = СЕ. Если переключения про-
изводить с частотой fx в 1с, через гальванометр пройдёт ток / = qfx.
ПодЛавив значение q = СЕ, можно определить частоту fx = UCE.
Следовательно, при заданных значениях емкости С и напряжения ис-
точника Е ток через гальванометр пропорционален частоте переключе-
ний fx. Значит, шкалу гальванометра можно градуировать в герцах.
Если вместо переключателя К применить поляризованное реле, к
контакту которого будет подключен конденсатор, а к обмотке (на рис.
138, а показана пунктиром) подвести переменное напряжение, то та-
кая схема может обеспечить измерение частоты напряжения, подве-
денного к обмотке реле в диапазоне от 5 до 150—200 Гц. Элементы схе-
6*
163
мы должны быть подобраны так, чтобы при измерении наиболее высо-
кой частоты конденсатор успевал полностью заряжаться в течение по-
лу периода и полностью разряжаться за такое же время.
Рассмотренный метод измерений частоты положен в основу устрой-
ства электронного счетчика (рис. 138, б), в котором электронная лам-
па выполняет роль переключателя. При воздействии на сетку лампы
отрицательного полупериода исследуемого переменного напряжения с
частотой fx лампа запирается. В этом время конденсатор С заряжает-
ся через резистор и диод Д1 до напряжения Е источника анодного
питания. Затем при воздействии на сетку лампы положительного полу-
периода переменного напряжения лампа отпирается и происходит раз-
ряд конденсатора С через лампу, гальванометр Гв и диод Д2.
Угол отклонения стрелки гальванометра Гв пропорционален часто-
те разряда конденсатора, соответствующей частоте fx, переменного на-
пряжения, подведенного к сетке лампы. Поэтому гальванометр Гв мо-
жет быть отградуирован в единицах измерения частоты (герцах или
килогерцах).
Для переключения конденсатора на заряд и разряд можно исполь-
зовать транзистор Т (рис. 138, в). В этом случае исследуемое перемен-
ное напряжение подается па базу транзистора. При положительном по-
лупериоде транзистор закрывается и конденсатор С заряжается через
резистор R, диод Д1 и гальванометр Гв до напряжения источника Е.
При отрицательном полупериоде транзистор открывается, конденса-
тор С разряжается через диод Д2 и промежуток эмиттер — коллектор.
По такому принципу работает счетчик в транзисторных частотомерах.
К числу таких приборов относится частотомер типа Ф433/3. При-
бор выполнен в переносном корпусе, имеет десять пределов изме-
рения. Диапазон измеряемых частот от 20 Гц до 1 МГц. Основная по-
грешность измерения частоты в зависимости от поддиапазона от ±1,5
до ±6%. Питание прибора производится от двух батарей 3336 Д с на-
пряжением 3,7 ±4,5 В.
§78. СТРЕЛОЧНЫЙ И ВИБРАЦИОННЫЙ ЧАСТОТОМЕРЫ
Электродинамический частотомер типа Д-506М, упрощенная схема
которого-показана на рис. 139, а, а внешний вид—на рис. 139,6
представляет собой электродинамический логометр, состоящий из не-
подвижной катушки А-А и двух подвижных катушек Б1 и Б 2,
скрепленных между собой под углом 90°. Подвижная катушка Б2,
на которую действует вращающий мо.чент А4Б2, включена последова-
тельно с неподвижной катушкой, конлещвтором С2, дросселем L и
добавочным резистором Дд. Величины L и С2 подобраны так, что на
частоте, соответствующей середине шкалы прибора, наступает резонанс
и ток /2 совпадает по фазе с напряжением U (рис. 139, в). Последова-
тельно с катушкой Б1 включен конденсатор С1, поэтому ток опере-
жает напряжение на угол, близкий 90°, и на резонансной частоте момент,
действующий на катушку Б1, будет равен нулю: Л4Б1=С//1/2 cos 90° =»
— 0. Тогда под действием момента Л1Б2 подвижная система прибора
164
Рис. 139. Электродинамический частотомер типа Д-506М
повернется так, что плоскости катушек Б2 и А-А совпадут (в этом
положении момент Мб2 равен нулю), а стрелка прибора остановится
на середине шкалы.
При отклонении измеряемой частоты от резонансной изменяются
величина и знак фазы тока /.,, в результате чего возникает момент// bi
(ему противодействует /Ивг) и подвижная часть прибора поворачива-
ется в ту или другую сторону па угол, зависящий от частоты. Таким
образом, шкалу данного прибора можно проградуировать в герцах.
Частотомер Д-506М включается параллельно в измеряемую цепь
и выпускается на разные средние значения частоты от 25 до 2350 Гц
(13 модификаций).
Ферродинамический частотомер (рис. 140) представляет собой
логометр, состоящий из двух катушек А и Б. Последовательно с под-
вижной катушкой Б включен конденсаторе/, поэтому ток 1г опережает
напряжение U па угол, близкий 90е (см. рис. 139, в). Неподвижная ка-
тушка А, обладающая индуктивностью L, вместе с конденсатором С2
настроена в резонанс на среднюю частоту прибора. Поэтому ток /2р,
совпадающий по фазе с напряжением, отстает от тока 1Х на угол 90°, а
вращающий момент будет равен нулю (анало-
гично электродинамическому частотомеру).
При этом катушка Б располагается так в
магнитном поле катушки А, чтобы магнитный
поток последней не пронизывал ее витки.
Если же магнитный поток будет пронизывать
витки подвижной катушки Б, то в ней возни-
кает э. д. с. индукции и, так как она зашунти-
рована дросселем Ьш и резистором Rm, в ее
цепи потечет ток /[.
В результате взаимодействия тока /( с по-
лем катушки А возникнет дополнительный
вращающий момент /Ид, устанавливающий
Рис. 140. Схема ферро-
динамического частото-
мера
165
Рис. 141. Устройство вибрационного частотомера
катушку Б и стрелку прибора в определенное среднее положение,
при котором наводимая э. д. с. будет равна нулю.
При отклонении измеряемой частоты от резонансной меняются знак
и величина фазы тока /2 (см. рис. 139, в), в результате чего возникает
вращающий момент Мб, поворачивающий подвижную катушку Б до
тех пор, пока он не уравновесится дополнительным моментом М.л.
Таким образом, положение катушки Б будет зависеть от измеряемой
частоты. Ферродинамические частотомеры типа Д-126 являются пере-
носными, класса точности 1,5. Они выпускаются на напряжения 127,
220, 380 В и имеют средние частоты 50 или 500 Гц.
Вибрационные (резонансные) частотомеры применяются для изме-
рения промышленной частоты с невысокой степенью точности (±1%).
Их принцип действия основан на использовании явления механичес-
кого резонанса (рис. 141).
На основании 1 укреплен электромагнит 4, обмотка которого пита-
ется током измеряемой частоты. Под электромагнитом находится сталь-
ной якорь 3, укрепленный на вертикальных упругих пластинках 2,
а под ними располагаются тонкие стальные пластинки (язычки) 6,
свободные концы которых загнуты под прямым углом. Торцы пласти-
нок, окрашенные в белый цвет, расположены общим фронтом в окне
шкалы 5. Подпиливанием или напайкой олова пластинки настраива-
ют на различную частоту собственных колебаний. При прохождении
тока по обмотке электромагнита его якорь и язычки совершают вы-
нужденные колебания с частотой в 2 раза большей, чем частота тока.
Однако из всех язычков с наибольшей амплитудой будет колебаться
тот', чья собственная частота совпадает с частотой вынужденных коле-
баний. На шкале возле каждой пластинки указана частота тока, на
которой она резонирует. Таким образом, по пластинке, колеблющейся
с наибольшей амплитудой, можно определить частоту измеряемого то-
ка. Язычки изготовляют с частотой собственных колебаний от 10 до
1500 Гц. Вибрационные частотомеры типа В80 имеют пределы изме-
рения 48—52 Гц, класс точности 1,0; типа В81 — пределы измерения
45—55 Гц, класс точности 1,0.
§ 79. ЭЛЕКТРОННО-СЧЕТНЫЕ ЧАСТОТОМЕРЫ
Принцип измерения частоты электронно-счетным частотомером о
цифровым отсчетом основан на подсчете числа периодов напряжения
измеряемой частоты за строго определенный промежуток времени.
166
Синусоидальное напряже-
ние измеряемой частоты Uix
(рис. 143, график 1) поступает
на входное устройство ВУ-1
(рис. 142) и дальше на форми-
рующее устройство ФУ-1, в ко-
тором происходит преобразова-
ние напряжения в однополяр-
ные импульсы с частотой следо-
вания fx (см. рис. 143, график 2).
Эти импульсы подаются па элек-
тронный счетчик ЭС только в
строго определенные промежут-
ки времени, в течение которых
открыт временной селектор ВС.
Открывание и закрывание селектора производит прямоугольный им-
пульс, сформированный управляющим устройством УУ, называемый
стробирующим импульсом (см. рис. 143, а, график 3). Длительность
импульса, определяющего образцовый временной интервал д t, стаби-
лизирована генератором стабильной частоты ГСЧ, на выходе которого
имеется делитель Д, обеспечивающий получение интервалов времени
(см. рис. 143, а, график 4), кратных десяти.
Электронный счетчик ЭС подсчитывает количество -импульсов из-
меряемой частоты, поступивших с выхода временного селектора за вре-
мя М (см. рис. 143, а, график 5) и передает результат на цифровой ин-
дикатор ЦИ.
Так как измеряемая частота ]х представляет собой число им-
пульсов п па выходе временного селектора в единицу времени, то
jx — п!Ы, где п — показание счетчика, a A t — калиброванный интер-
вал времени, установленный пе-
реключателем П1. Чем больше
время А/, тем больше будет по-
казание счетчика и, следователь-
но, более высокая точность из-
мерения.
У правляющее устройство,
кроме временных интервалов,
определяет продолжительность
времени отсчета результата из-
мерений и производит сброс по-
казаний счетчика.
Погрешность измерения ча-
стоты электронно-счетными при-
борами зависит от момента по-
ступления на счетчик первого и
последнего импульсов и на-
зывается погрешностью дискрет-
ного счета. Она бывает порядка
± 1 отсчет. Такая погрешность
Рис. 143. Временные- диаграммы, пояс-
няющие работу цифрового частотомера
167
слишком большая для низких частот. Поэтому на низких частотах из-
меряют не частоту, а период колебаний.
Напряжение низкой частоты Uf (см. рис. 143, б, график /)
подается на вход Вх2 и через входное устройство ВУ-2 поступает на
формирующее устройство ФУ-2. Переключатель П2 установлен в поло-
жение 2. В формирующем устройстве происходит преобразование си-
нусоидального напряжения частоты fx„ в остроконечные импульсы,
период следования которых Тх (см. рис. 143, б, график 2). Под дей-
ствием этих импульсов в управляющем устройстве УУ формируется
стробирующий импульс длительностью Тх (см. рис. 143, б, график 3).
Он поступает на вход 2 временного селектора ВС. Одновременно на
блок ФУ-1 подаются колебания генератора ГСЧ. Из них формируются
короткие импульсы с частотой следования, определяемой частотой
ГСЧ и положением контакта переключателя П1 (см. рис. 143, б,
график 4). При этом через селектор ВС эти импульсы проходят за вре-
мя Т, определяемое стробирующим импульсом (см. рис. 143, б,
график 5). Следовательно, по числу отсчитанных импульсов счетчи-
ком ЭС можно определить период Тх синусоидального напряжения
низкой частоты.
В настоящее время промышленность выпускает различные типы
электронно-счетных частотомеров с автоматическим измерением
частоты и периода электрических колебаний, интервалов времени,
длительности импульсов, отношения частот. Их применяют в технике
специальных измерений в устройствах связи, автоматики и телемеха-
ники. Среди этих приборов и электронно-счетный частотомер 43-36 с
цифровым отсчетом, выполненный с применением микросхем. По своим
характеристикам прибор заменяет ряд выпущенных ранее подобных
частотомеров.
Раздел II
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ
Глава 12
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЛИНЕЙНЫХ
И КАБЕЛЬНЫХ ИЗМЕРЕНИЯХ
§ 80. ЗАДАЧИ СПЕЦИАЛЬНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ
В ТЕХНИКЕ АВТОМАТИКИ,
ТЕЛЕМЕХАНИКИ И ПРОВОДНОЙ СВЯЗИ
Основные задачи железнодорожного транспорта по увеличению гру-
зооборота железных дорог, обеспечению безопасности движения по-
ездов, улучшению организации движения поездов связаны с широким
использованием средств железнодорожной автоматики, телемеханики,
радио- и проводной связи. На железнодорожном транспорте исполь-
зуются всевозможная аппаратура для автоматического управления
стрелками и сигналами, аппаратура автоматической связи, различные
установки многоканального телефонирования для уплотнения воз-
душных, кабельных и радиорелейных линий, специальная аппаратура
для групповых связей, телеграфная аппаратура и ряд других видов
электротехнического оборудования. Все эти устройства представляют
собой сложный электротехнический комплекс.
Обеспечение исправной бесперебойной работы, внедрение и все-
стороннее развитие перечисленных электротехнических устройств
требуют выполнения специальных электрических измерений для конт-
роля электрических параметров и энергетических режимов их работы.
Методы и аппаратура специальных измерений отличаются от общих
электрических измерений, проводимых на постоянном или переменном
токе.
В задачу специальных измерений, выполняемых в устройствах ав-
томатики, телемеханики и связи, входят:
измерение параметров элементов аппаратуры и линий (сопротивле-
ния, индуктивности и т. п.);
измерение величин, определяющих работу блоков или всей аппа-
ратуры и линий (напряжения, частоты, мощности, усиления, затуха-
ния1 и т. п.);
снятие электрических характеристик аппаратуры (амплитудных,
частотных характеристик затухания, усиления и др.);
измерение величин, определяющих искажения передаваемых сигна-
лов и различного рода помехи;
измерение, связанное с определением характера и места поврежде-
ния линий.
Для выполнения этих измерений применяется специальная аппара-
тура и разработаны методы измерений.
169
В технике связи, автоматики и телемеханики измерения произво-
дят постоянным и переменным током в зависимости от рода измерении
и характера измеряемых величин. Измерение постоянным током позво-
ляет определить исправность физических цепей в устройствах связи или
автоматики и телемеханики. Постоянным током измеряют сопротивле-
ние цепи, сопротивление изоляции, асимметрию, а также величину со-
противления отдельных элементов аппаратуры. Измерение переменным
током дает возможность установить свойства каналов и различных спе-
циальных устройств (фильтров, усилителей и пр.), определить степень
влияния цепей друг на друга, величины затухания, входного сопротив-
ления и другие подобные параметры. Кроме того, переменным током
можно измерять величины емкости и индуктивности элементов.
В зависимости от назначения, объекта и места производства изме-
рений специальные электрические измерения можно подразделить на
несколько категорий, краткая характеристика которых приводится
ниже.
Исследовательские измерения представляют собой точные электри-
ческие измерения с применением сложной специальной аппаратуры.
Эти измерения проводятся в лабораторных условиях и охватывают поч-
ти все виды измерений, определяющих параметры, электрические ха-
рактеристики и энергетические режимы исследуемой аппаратуры, ее
узлов, элементов и отдельных цепей.
Производственные измерения, как правило, выполняются на заво-
дах, в производственных мастерских для проверки и настройки
всевозможной аппаратуры после ее изготовления, монтажа и ре-
монта.
Эти измерения производятся с применением специальных измери-
тельных установок, обеспечивающих простоту и быстроту процесса
измерений.
Эксплуатационные измерения охватывают наиболее обширный круг
измерений, проводимых в устройствах автоматики, телемеханики и свя-
зи. Различают приемо-сдаточные, периодические и аварийные изме-
рения.
Приемо-сдаточными называют измерения электрических парамет-
ров и различных характеристик воздушных и кабельных линий, а так-
же станционных устройств с целью составления паспортов и другой до-
кументации, определяющей соответствие линейных сооружений и стан-
ционных устройств требованиям технических условий, инструкции
и правил технической эксплуатации.
Периодические измерения проводят через определенные установ-
ленные сроки для определения электрических характеристик линий,
кабелей и аппаратуры. Если результаты измерений отличаются от
требований, установленных техническими условиями, то принимают
меры и приводят их к норме.
К категории аварийных относят всевозможные виды измерений,
связанные с определением характера и места повреждения на воздуш-
ных и кабельных линиях, а также измерения, необходимые для опре-
деления характера и места повреждений в различных устройствах ав-
томатики, телемеханики и связи.
170
§ 81. ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ
В ТЕХНИКЕ ПРОВОДНОЙ СВЯЗИ
Измерительные приборы и измерительные установки, используе-
мые в технике проводной связи, обладают рядом особенностей, отли-
чающих их от измерительных приборов и устройств, применяемых в
общих электрических измерениях.
Измерительная аппаратура, предназначенная для измерений в уст-
ройствах связи, обладает широким диапазоном частот и широкими пре-
делами измерений. В процессе измерений используют напряжения не
только синусоидальной формы, но часто и другой формы, как, напри-
мер, пилообразное напряжение, напряжение в форме прямоугольных
импульсов. Приборы, как правило, обладают высокой чувствитель-
ностью и точностью.
Указанные особенности измерительной аппаратуры приводят к
определенным особенностям процесса измерений. На показания при-
боров, а следовательно, на результаты измерений могут оказывать
влияние паразитные емкости и индуктивные связи как между элемен-
тами самих приборов, так и между проводами измерительных схем с их
применением. Оборудование, имеющее в своем составе мощные генера-
торы, также может оказывать влияние на измерительные приборы и от-
дельные цепи. Погрешность в измерении может возникать в результа-
те влияния изменения частоты, напряжения или тока на параметры
измерительных схем.
Перечисленные особенности учитываются при производстве изме-
рений. Для уменьшения влияния перечисленных факторов измеритель-
ные приборы располагают возможно дальше от источников, оказываю-
щих влияние на приборы и измерительные схемы. Соединительные про-
вода экранируют, а длину и взаимное расположение их выбирают так,
чтобы свести к минимуму влияния на них других устройств.
Измерительная аппаратура и приборы, предназначенные для спе-
циальных измерений в устройствах связи, изготовляются заводами с
учетом необходимости защиты их от нежелательных влияний других
устройств, а также от взаимных влияний элементов схемы приборов
друг на друга. С этой целью детали приборов — катушки индуктив-
ности, емкости, резисторы — изготовляются с применением различ-
ных материалов, обеспечивающих постоянство номиналов величин и
независимость их от частоты. Отдельные детали, соединительные про-
вода, блоки прибора и в целом прибор тщательно экранируют, чем
обеспечивают необходимую стабильность работы приборов и устране-
ний влияния на них других устройств.
Выбирая аппаратуру, приборы и метод измерения, стремятся к то-
му, чтобы присоединение приборов к объектам измерения, симметрич-
ным относительно земли, не нарушало их симметрии. Присоединение
к измеряемой цепи не должно изменять величины измеряемого пара-
метра.
Питание аппаратуры и приборов осуществляется от стабилизиро-
ванных источников (выпрямителей), так как нестабильность питаю-
щего напряжения приводит к погрешности в измерении.
171
Глава 13
ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВОЗДУШНЫХ
И КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИИ СВЯЗИ,
АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ
§ 82. НАЗНАЧЕНИЕ И ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ
СОПРОТИВЛЕНИЯ, АСИММЕТРИИ И СОПРОТИВЛЕНИЯ
ИЗОЛЯЦИИ ВОЗДУШНЫХ ЦЕПЕЙ
Качество работы устройств железнодорожной автоматики, теле-
механики и связи во многом зависит от электрического состояния воз-
душных линий, соединяющих аппараты и установки между собой.
Для обеспечения нормальной работы этих устройств воздушные линии
нужно содержать в исправном состоянии, которое определяется по-
стоянством электрического сопротивления проводов цепи, минимумом
асимметрии (разницы в сопротивлениях отдельных проводов двухпро-
водной цепи) и максимумом сопротивления изоляции каждого из про-
водов цепи по отношению к земле и между проводами.
Сопротивление проводов воздушных линий, а также асимметрия
цепи могут изменяться вследствие длительного воздействия на прово-
да дождей, туманов, пыли и других подобных влияний. В результате
возникает коррозия, уменьшается диаметр проводов, а следова п-льно,
возрастает их сопротивление электрическому току. К таким же послед-
ствиям приводит растягивание проводов, изменение сопротивления не-
аккуратно выполненных соединений — спаек проводов при построй-
ке, ремонте и эксплуатации воздушной линии. Сопротивление проводов
может увеличиться и вследствие плохого контакта в ревизионных сжи-
мах, что также очень часто приводит к асимметрии цепи.
Существенное влияние на качество связи по воздушным линиям
оказывает сопротивление изоляции проводов. При уменьшении этого
сопротивления возрастает утечка тока, увеличивается затухание в ли-
нии. Сопротивление изоляции воздушной линии зависит в основном
от чистоты изоляторов, на которых подвешены провода: чем чище изо-
ляторы, тем выше сопротивление изоляции цепи. К резкому снижению
значения сопротивления изоляции приводит соприкосновение прово-
дов с ветвями деревьев, особенно в сырую погоду, а также наличие
на проводах набросов.
Для выявления изменений электрического состояния проводов,
предупреждения или устранения повреждений линий, а следователь-
но, недопущения нарушения нормальной работы устройств связи ав-
томатики и телемеханики необходимо производить периодические из-
мерения сопротивления проводов, сопротивления асимметрии и изоля-
ции воздушных цепей. Эти измерения производятся при помощи оммет-
ров и измерительных мостов постоянного тока. Сопоставляя результа-
ты измерений со значениями, установленными техническими условия-
ми для соответствующих цепей, можно судить об их электрическом со-
стоянии и принимать своевременно меры для приведения его к норме.
172
При измерении сопротивления и асимметрии воздушных линий
применяют два различных напряжения, питающих мостовые схемы,—
«низкое» и «высокое». Это необходимо для выявления плохих контак-
тов и соединений проводов. Первое измерение производят напряжением
3—6 В, а второе — в несколько десятков вольт. Если результаты из-
мерений будут отличаться друг от друга, то разницу можно считать
примерно равной сопротивлению плохих контактов или соединений
проводов.
На измеряемые провода воздушных линий могут влиять соседние
цепи. Особенно при пониженной изоляции в сырую погоду, и в ряде
других случаев переходные токи с этих цепей, попадая в измеритель-
ный прибор, могут изменить его показания. Поэтому измерения про-
изводят токами двух направлений и окончательный результат вычис-
ляют как среднеарифметическое.
Сопротивление проводов, как правило, измеряют мостовыми схе-
мами, обеспечивающими высокую точность измерений (±0,1%).
В тех случаях когда не требуется высокая точность измерения, допус-
кается производить измерения другими, более простыми методами
и приборами.
§ 83. ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ОДИНОЧНЫХ ПРОВОДОВ.
МЕТОД ЛОЖНОГО НУЛЯ
Мостовой мегод измерений применяют при определении сопротив-
лений одиночных проводов — телеграфных цепей или цепей автомати-
ки и телемеханики. Для этого к одному из зажимов моста присоединя-
ют измеряемый провод с сопротивлением R, заземленный на противо-
положной станции Б, а к другому зажиму — заземление (рис. 144, а).
При этом величины сопротивлений заземлений и г2 на станциях А и
Б должны быть известны, так как они входят в плечо измеряемого со-
противления.
Затем в известной уже последовательности (см. § 43) уравнове-
шивают мост. Для уравновешенного моста можно написать
«б
Вычитая из полученного результата сопротивление заземлений
^и г2, получают значение сопротивления провода.
Следует иметь в виду, что потенциалы заземлений в пунктах А и Б
чащЪ всего бывают различными. Это объясняется тем, что грунты, ок-
ружающие металлические электроды заземлений, насыщены неодно-
родными химическими веществами, которые вступают во взаимодей-
ствие с электродами, в результате чего электроды приобретают не-
одинаковые электрические потенциалы. Разность потенциалов заземле-
ний создает посторонний ток в схеме измерительного моста и результат
измерений будет неправильным. Для устранения этого недостатка при-
меняют способ ложного нуля. Порядок измерений при этом следующий:
нажимают кнопку К1 и при разомкнутой кнопке К2 замечают показа-
173
Рис. 144. Измерение сопротивления одиночных проводов
ние стрелки гальванометра Г в. Это показание и есть условный или лож-
ный нуль. Затем, нажав кнопку R2, уравновешивают мост, добиваясь
одинакового показания гальванометра как при нажатых кнопках К1 и
R2, так и при одной нажатой кнопке К1.
Равновесие схемы наступает после неоднократного нажатия кно-
пок и изменения величины образцового сопротивления Ro.
При измерении сопротивлений проводов по методу ложного нуля
необходимо менять полярность батареи Е и производить измерения то-
ками двух направлений, для того чтобы устранить влияние мешающих
токов земли.
Для измерения сопротивления одиночных проводов можно приме-
нить омметр (см. § 47 и 48), включив его последовательно в измеряе-
мую цепь (рис. 144, б). Тогда при изменяющихся по величине
токах земли легко зафиксировать предельные колебания стрелки при-
бора. Измеряемую величину сопротивления определяют по средним по-
казаниям.
§ 84. ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ И АСИММЕТРИИ
ДВУХПРОВОДНОЙ ЦЕПИ МЕТОДОМ ЗАЗЕМЛЕННОГО ШЛЕЙФА
Для измерений используют измерительный мост с постоянным от-
ношением плеч /?а и /?б (рис. 145). Измеряемые линейные провода и
/?2 на противоположной станции Б замыкают накоротко и соединяют с
Рис. 145. Измерение сопротивления
проводов методом заземленного
шлейфа
землей. Образуется заземлен-
ный шлейф, который на
станции А подключают к зажимам
измерительного моста. Производят
два измерения. При первом изме-
рении определяют сопротивление
шлейфа /?ш. Отношение плеч
/?а : Ro при измерении цепей из
цветных металлов устанавливают
1:100 или 1:10, а при измерении
стальных цепей — 1:1. Затем пере-
ключатель К2 переводят в поло-
174
жение / и замыкают кнопку К1. Уравновешивают мост в обычной
последовательности (см. § 43). При равновесии моста произведения ве-
личин сопротивлений противоположных плеч равны между собой:
RaRn = Ro (R1 + Ri)- Откуда (38)
Ru, = + Ri^ RnRoit Rq =* RRoit
где N — отношение плеч моста /?а//?б.
Для измерения сопротивления асимметрии устанавливают отно-
шение плеч Ra/R5 = 1. Переключатель К2 переводят на контакт 2 и,
замкнув кнопку К.1, уравновешивают мост. Подобрав величину сопро-
тивления в плече сравнения, при которой гальванометр моста покажет
нуль, определяют асимметрию
R\ = /?] — = /?о2* (39)
Если при втором измерении мост не уравновешивается, значит,
провод R2 обладает большим сопротивлением, чем провод Rr. В этом
случае необходимо поменять местами провода Rt и /?2 на зажимах мос-
та и уравновесить мост. По результатам произведенных измерений вы-
числяют сопротивление каждого из проводов, решая совместно урав-
нения (38) и (39) относительно R} и /?2:
Кг-------------------
4
П Л'^01— /?о» — Roz
^2 — 2 — 2
Указанные измерения можно выполнить также измерительным мос-
том с переменным отношением двух плеч Ra и R6. Первое измерение
производят так же, как и в предыдущем случае, но перед этим устанав
ливают определенное сопротивление Rn и изменением отношение
R^Re уравновешивают мост. При этом получаем
Яш = /?1+/?2 = -£-Я Я»!- Ч<40’
Кб
При втором измерении после уравновешивания моста имеем
=------------------------------*1—е (41)
/?б я 2 4“ ^02
Решая уравнения (40) и (41) относительно получаем
Затем вычисляют сопротивление первого провода — R2 н
находят асимметрию Ra = Ri — Rz-
17Ь
§ 85. ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОВОДОВ
МЕТОДОМ ТРЕХ СУММ (ТРЕХ ШЛЕЙФОВ)
Способ трех сумм применяют в том случае, когда на участке, кроме
измеряемой цепи, имеются другие провода.
Для измерений этим способом составляют цепь из измеряемых про-
водов с сопротивлениями R, и Rt (рис. 146) и вспомогательного прово-
да с сопротивлением Rg. Эти провода на противоположной станции Б
надежно соединяют между собой. На станции А при помощи измери-
тельного моста производят измерения трех шлейфов, составленных из
проводов/?! и Rz, Rt и Rs\ Rj и
Рис. 116. Измерение сопротивления
проводов методом трех сумм
R3. В каждом случае при равнове-
сии моста вычисляют сопротивле-
ние шлейфа по формулам:
Ro
/?Ш2 = ^2 4" = "77 Rq'Z ~ R2^02>
Rina — R\ + Rs — Ros — R«Ro3-
Решая совместно эти три уравнения, находят сопротивление каж-
дого из проводов по формулам:
п Rmi+Rms— Rm» .
1 2
_ Rmi 4~ Rm2 — Rma . Rma 4~ Rma— Rmi ^2)
или, определив Rr по формуле (42), вычисляют сопротивления осталь-
ных проводов подстановкой значения в уравнения
Ro =* Ru,s ~ Ri' R» — ^шз Ri*
Значение асимметрии определяют как разность между сопротивле-
ниями отдельных проводов RA = Rt — R2. Рассмотренный способ
измерений применяется также при измерении сопротивления однопро-
водных цепей, из которых на измеряемом участке составляют три шлей-
фа и определяют сопротивление каждого из проводов однопроводной
цепи. Измерения можно производить мостом с постоянным или пере-
менным отношением плеч.
§ 86. ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ПРОВОДОВ
Сопротивление изоляции относится к категории больших сопро-
тивлений. Его измеряют методом моста при относительно малом сопро-
тивлении изоляции (до 1 МОм). Измерение больших сопротивлений —
свыше 1 МОм — выполняют с помощью вольтметра или мегаомметра.
176
Рис. 147. Измерение сопротивле- Рис. 148. Измерение сопротивления
ния изоляции между проводами изоляции однопроводной линии ме-
тодом вольтметра
Для измерения сопротивления изоляции между проводами воздуш-
ных цепей чаще всего применяют метод моста (рис. 147). На станции А
используют батарею Е с напряжением в несколько десятков вольт.
Ее подключают к мосту через реостат R сопротивлением 1,5—2 кОм.
Провода измеряемой цепи присоединяют к зажимам моста. На стан-
ции Б концы проводов изолируют. Перед уравновешиванием моста
вводят полностью сопротивление реостата R. Отношение плеч Ra:R6
обычно устанавливают равным 10 или 100. При нажатых кнопках
/</ и К2 уравновешивают мост, подбирая значение сопротивления
Ra в плече сравнения. По мере уравновешивания постепенно выводят
сопротивление реостата R. При равновесии моста определяют сопро-
тивление изоляции между проводами
/?n8 = V Ro-
Rg
Сопротивление изоляции по отношению к земле однопроводных воз-
душных линий или одиночных проводов воздушных двухпроводных ли-
ний можно измерять методом вольтметра (рис. 148). Вольтметр должен
быть с известным, возможно большим, внутренним сопротивлением
Ru. Напряжение батареи Е = 1004-120 В.
Сначала, установив переключатель П в положение 1, измеряют на-
пряжение батареи (У1( при этом ток в цепи будет /, = U^Ru (пренеб-
регая внутренним сопротивлением батареи, которое значительно мень-
ше внутреннего сопротивления вольтметра Ru). Затем переключатель
П переводят в положение 2, при этом вольтметр измерит напряжение
а ток в цепи будет /2 = тг-—ъ-. Так как — О2 = /2/?иа,
Ки8“Г К В
то, подставив в это равенство значение тока /2, получают формулу
для определения измеряемого сопротивления изоляции Rua:
Ra3 =/?в (UA/Ut- 1).
Измерение этим методом не обладает высокой точностью, поэтому
его используют для ориентировочных и контрольных измерений.
Подобные измерения воздушных линий производятся логометри-
ческим мегаомметром (см. § 51). Результат измерения определяется не-
посредственно по шкале прибора без дополнительных вычислений.
177
§ 87. ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ
При выполнении контрольных и профилактических измерений ка-
бельных линий определяют их электрические свойства, измеряя сопро-
тивление изоляции, сопротивление жил, асимметрию и рабочую ем-
кость кабеля. Перечисленные измерения производят постоянным то-
ком. Однако эти измерения отличаются от электрических измерений
воздушных линий.
Сопротивление изоляции кабельных линий значительно выше, чем
воздушных линий, и достигает нескольких десятков тысяч мегомов на
километр. Сопротивление изоляции в значительной степени зависит от
температуры, что объясняется свойствами диэлектриков, применяемых
при изоляции жил.
Сопротивление жил кабелей на 1 км превышает сопротивление воз-
душных проводов. Определение сопротивления и асимметрии должно
производиться с более высокой точностью. Особенно это относится к
электрическим измерениям при определении характера и места повреж-
дения, так как подземные кабельные линии недоступны для внешнего
осмотра и всякие неточности при измерениях могут привести к боль-
шим затратам, связанным с отрытием и вскрытием кабеля в местах, не
соответствующих действительному месту повреждения.
В отличие от воздушных линий кабельные линии характеризуются
электрической емкостью, соответствующей определенным значениям.
Поэтому при измерениях кабельных линий постоянным током должны
производиться измерения рабочей емкости кабеля.
Учитывая перечисленные особенности кабельных линий, электри-
ческие измерения их постоянным током проводят особыми методами и
соответствующей аппаратурой, отличными от использующихся для из-
мерений воздушных линий.
§ 88. ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ И АСИММЕТРИИ ЖИЛ КАБЕЛЯ
Измерение сопротивления жил кабельных линий производят по
схеме моста постоянного тока (см. рис. 63), обеспечивающей высокую
точность измерений. Шлейф, составленный из двух жил кабеля, вклю-
чают в плечо моста вместо сопротивления Rx. Уравновесив мост, вы-
числяют сопротивление. Так поступают в том случае, когда измеряе-
мые жилы одного диаметра и материала. Если необходимо измерить
сопротивление отдельных жил различного диаметра (и материала), то
в этом случае используют также мостовую схему, но измерения про-
изводят по способу трех шлейфов (см. рис. 146). Шлейфы составляют из
соответствующих жил и измеряют поочередно сопротивление каждого
из них, а затем по результатам измерений вычисляют сопротивление
каждой жилы.
При наличии только двух жил различного диаметра (и материала)
сопротивление их измеряют по способу заземленного шлейфа (см. рис.
145) и производят два измерения. При первом измерении переключа-
тель К2 устанавливают в положение 1, и, нажав кнопку К1, уравно-
вешивают мост.
178
Для уравновешенного моста можно написать
^al^oi = Rgi (Ri + Rz), (43)
откуда
R1 Rz — Rai1 RolRgi = RlRoi-
- Перед вторым измерением переключатель К2 устанавливают в поло-
жение 2 и, снова уравновесив мост, получают
RaZ (R02 Н" Rz) ~ RdzRli
откуда
Ri ~ RadR^z (Roz + Rz) — Rz (Roz + Rt)- (44)
Решая совместно уравнения (43) и (44), получают формулы для вы-
числения сопротивления каждой измеряемой жилы:
р ^[Л'зА’о! . р _ NiRqi—‘NzRoz И 5)
1 ЛГ2Ц-1 2= AG-t-1 ‘ '
Следовательно, для определения сопротивления двух жил различ-
ного диаметра и материала методом заземленного шлейфа производят
два измерения, записывая при каждом измерении показания плеча
сравнения R0l и ROi и соответствующие им отношения плеч и JV2.
Подставив эти значения в формулы (45), вычисляют сопротивления
Rl и R2 каждой жилы. Если Л\ = 1, то результат определяют
так же, как и при измерениях воздушных линий.
11ри измерении сопротивления шлейфа жил кабельной линии с ма-
лым омическим сопротивлением и шлейфа жил коаксиальных пар не-
обходимо обеспечить надежный контакт между измеряемой цепью и из-
мерительным участком. Следует также учитывать сопротивление Rc
соединительных проводов, при помощи которых измеряемые шлейфы
присоединены к измерительному мосту. Сопротивление Rc измеряют
заранее и, вычитая его из измеренного значения сопротивления шлейфа,
получают сопротивление измеряемой цепи.
Асимметрию кабельных линий измеряют по способу заземленного
шлейфа, используя схему моста постоянного тока. При этом руковод-
ствуются указаниями, относящимися к измерению асимметрии воздуш-
ных линий. Если во время измерений сказывается влияние блуждаю-
щих токов, вследствие чего стрелка гальванометра произвольно откло-
няется и мост уравновесить невозможно, то вместо заземлений исполь-
зуют вспомогательную жилу кабеля. Так же поступают и при явлении
поляризации, когда мост уравновешивается, но стрелка гальванометра
не устанавливается на нуле. В этом случае производят измерения по
способу ложного нуля, при котором необходимость в наличии обрат-
ного провода отпадает.
£
§ 89. ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ
И ЕМКОСТИ КАБЕЛЬНЫХ ЖИЛ
Сопротивление изоляции между жилами кабеля или жилой кабеля
я землей измеряют методом вольтметра-амперметра, методом сравне-
ния, мегомметром или с помощью специальных мостовых схем.
(
179
Для измерения изоляции методом вольтметра-амперметра
(рис. 149, й) используют гальванометр Гвс универсальным шунтом /?ш.
Напряжение батареи, питающей схему, 100—110 В. К схеме присое-
диняют жилы кабеля Л/ и Л2, между которыми измеряют сопротивле-
ние изоляции. Если необходимо измерить сопротивление изоляции меж-
ду жилой кабеля и землей, то вместо жилы Л2 подключают заземление.
В начале измерения переключатель П устанавливают в положение 1
и перемещают ползунок переменного резистора R до получения номи-
нального значения напряжения, контролируемого гальванометром,
включенным последовательно с добавочным резистором /?д. Затем пере-
ключатель П переставляют в положение 2 и намеряют ток в цепи. Так
как ток обратно пропорционален измеряемому сопротивлению изоля-
ции, то при номинальном напряжении шкала гальванометра может
быть проградуирована в единицах сопротивления (килоомах или мего-
мах), и отсчет измеряемого сопротивления изоляции может произво-
диться по шкале прибора. Такая схема измерения изоляции исполь-
зуется в переносном кабельном приборе КП-50.
При измерении методом сравнения (рис. 149, б) напряжение бата-
реи должно быть примерно 100—500 В. Для определения сопротивле-
ния изоляции необходимо выполнить два измерения. При первом из-
мерении переключатель П устанавливают в положение /, при этом в
цепь включается известный образцовый резистор Ro. Шунт гальвано-
метра устанавливают в положение низкой чувствительности. Затем
замыкают кнопку KJ и увеличивают чувствительность гальванометра
так, чтобы стрелка отклонилась примерно на 2/3 шкалы. Ток опреде-
ляют по формуле
I^ = Cialp1 — U/Rq, (46)
где Cj — постоянная гальванометра;
ai — Угол отклонения стрелки (количество делений);
Pi — коэффициент шунтирования гальванометра при первом из-
мерении;
U — напряжение батареи;
Ro — сопротивление образцового резисторе.
При втором измерении переключатель П устанавливают в положе-
ние 2 и, замкнув кнопку R1, замечают отклонение стрелки гальвано-
а) гв
Рис. 149. Измерение сопротивления изо-
ляции кабеля
метра ag. Ток, проходящий через
гальванометр, в этом случае
можно определить по формуле
/г == С^агРг = 07)
где ра — коэффициент шунтиро-
вания гальванометра
при втором измерении;
/?иа — сопротивление изоля-
ции.
Разделив выражение (46) на
(47), получают формулу для вы-
180
числения сопротивления изоля-
ции
гв
Рис. 150. Измерение емкости кабеля
После каждого измерения ка-
бель следует разрядить, замкнув
кнопку /<2 при разомкнутой
кнопке К1.
С помощью специальных мо-
стовых схем (см., например,
рис. 80) значительно расши-
ряется предел измерения сопро-
тивления изоляции (до 50 000 и
даже до 100 000 МОм). Подобные схемы измерения используются
в приборах ПКП-2 и ПКП-2М. Сопротивление изоляции кусков ка-
беля строительной длины чаще всего измеряют логометрическим
мегомметром (см. §51), а для измерения сопротивления изоляции ка-
бельных линий пользуются ламповыми мегомметрами с большим пре-
делом измерения, например мегомметром МЕГ-9 (см. §52).
Электрическую емкость кабеля измеряют методом сравнения или
баллистическим методом. Схема включения приборов для измерения
емкости кабеля методом сравнения приведена на рис. 150, а. В схеме
используют баллистический гальванометр Гв о универсальным шун-
том 7?т. Измерения проводят в два приема.
Сначала переключатель П устанавливают в положение 1 и замыка-
ют цепь кнопкой К/. Происходит заряд образцовой емкости Со от
батареи напряжением 100—500 В. Количество электричества Qo, из-
расходованное на заряд образцовой емкости, определяется по формуле
Qo = CqCiopo — UC0, (48)
Л
где CQ — баллистическая постоянная гальванометра;
«о — угол (количество делений) отклонения стрелки;
р0 — коэффициент шунтирования гальванометра при первом из-
мерении;
U — напряжение батереи.
Затем, отключив источник питания, переключатель/7 переставляют
в положение 2 и, замкнув кнопку Ki, заряжают емкость кабеля Ск.
Количество электричества QK при заряде определяется по формуле
Qi< — СдЛкрк = UCK, (49)
где ак — угол отклонения стрелки гальванометра;
рн — коэффициент шунтирования гальванометра при втором из-
мерении;
Ск — емкость кабеля.
Остальные величины такие же, как в формулах (46) и (47).
181
Поделив выражение (48) на (49), получают формулу вычисления
емкости кабеля
р __ р О-кРк
ЬК — ьо
Ро
После каждого измерения образцовой емкости и емкости кабеля их
необходимо разрядить через резистор /?р, замкнув кнопку /<., при
разомкнутой кнопке К.1.
Схема измерения емкости кабеля баллистическим методом приведе-
на на рис. 150, 6. В схеме также используют баллистический гальвано-
метр Гв с универсальным шунтом Rm и добавочное сопротивление /?д.
При измерении вначале переключатель П устанавливают в положение
0, замыкают кнопку К и с помощью резистора R с переменным сопро-
тивлением устанавливают номинальное напряжение, контролируя его
величину по отметке на шкале гальванометра. Затем, отпустив кнопку,
переключатель П переставляют в положение /, при этом происходит
заряд емкости кабеля Ск. После этого переключатель П переводят в
положение 2.
Емкость кабеля Ск разряжается через гальванометр, шкала кото-
рого градуирована в единицах емкости при номинальном значении на-
пряжения источников тока. Емкость определяют по максимальному
отклонению стрелки гальванометра. Измерение емкости этим методом
занимает мало времени и в случае пониженной изоляции кабеля по-
грешность получается меньше, чем при методе сравнения,
§ 80. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ ВОЗДУШНЫХ
И КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ
Полученные результаты измерений сопротивления проводов и со
противления изоляции воздушной цепи не позволяют прямо сделать
заключение о ее электрическом состоянии. Причиной этого является:
неоднородность цепи на измеряемом участке — наличие кабельных
вставок или вставок из проводов другого диаметра; влияние влажности,
понижающей изоляцию линейных проводов по отношению к земле и
друг к другу, и влияние окружающей температуры.
Для того чтобы можно было сопоставить полученные результаты
электрических измерений проводов с величинами, указанными в нор-
мах, необходимо произвести предварительную обработку результатов
измерений и получить действительные значения сопротивления и со-
противления изоляции проводов на 1 км длины при определенной тем-
пературе (обычно при t — +20° С).
Если цепь на измеряемом участке неоднородна, т. е. имеет вставки
из провода другого диаметра и материала, то перед обработкой измере-
ний определяют длину измеряемого участка, приведенную к преобла-
дающему диаметру провода на данном участке.
Представим для примера, что на участке между станциями А и Б
длиной /0 км (рис. 151) цепь состоит из трех разнородных проводов
длиной ц, /2 и 13 км, километрические сопротивления их соответствен-
на
неравны fj, г2 и ГдОм/км, тогда
общее сопротивление всей измеряе-
мой цепи будет равно сумме со-
противлений отдельных участков
Ro = 4ri Н" 1-2гг /3Г3. (50)
Допустим, что первый провод
имеет преобладающую длину
Тогда мысленно заменим провода на втором и третьем участках прово-
Станция A ia
Станции 5
I/
11
—<
1з_
Рис. 151. Схема цепи из разнород-
ных проводов
дом такого же диаметра и материала, как на первом участке, сохраняя
при этом неизменными сопротивления каждого участка, Учитывая это,
можно написать:
/.>г2 — Лд; /3г3 — 1зг1»
Подставив эти величины в равенство (50), получаем
Ro = Лп + + 1'зг1 ж (Ч + Ч + (»)<! “ /Прг1> (51)
Величину /ир называют приведенной длиной про-
вода (или цепи),к одному общему диаметру и материалу. Из равен-
ства (51) можно вывести формулу для вычисления приведенной дли-
ны
/пр “ Ч "Ь ^1/Г1 ^«Гд/Гр
Как известно, сопротивление провода прямо пропорционально его
длине, поэтому сопротивление на 1 км длины определяют по формулам'
для однопроводных цепей
г км = Rh3mR, (52)
для двухпроводных цепей
гкм ~ Rhbm/2/. (53)
В формуле (52) /?изм — измеренное сопротивление одиночного про-
хода на участке длиной I км, а в формуле (53) /?изм— измеренное со-
противление шлейфа из двух проводов.
Сопротивление изоляции проводов обратно пропорционально длине
цепи. Сопротивление изоляции цепи на 1 км ее длины
R>I3M КМ = Rn3C
где — измеренное значение изоляции провода на участке длиной
/ км.
Если измерения производились в сырую погоду, то полученные ре
зультаты будут отличаться от действительных значений, так как под
действием влаги резко понижается сопротивление изоляции изолято-
ров, па которых подвешены провода. Поэтому измеренное сопротив-
ление шлейфа цепи /?изм будет меньше его действительного сопротив-
ления /?ш, так как сопротивления изоляторов параллельно соединены
с измеряемой цепью. Измеренное же сопротивление изоляции R'„
будет больше действительного значения R„3, так как в этом случае
сопротивление проводов цепи будет соизмеримым с сопротивлением изо-
ляции и окажет заметное влияние на результат измерений в сторон)
его увеличения.
18
Таблица 10
"изм/Лиэ k ^изм^нз k ^изм^нз k [^изм^из 1 k
0,025 1,010 0,16 1,057 0,44 1,203 0,72 1,472
0,030 1,011 0,18 1,065 0,46 1,216 0,74 1 ,500
0,035 1,0125 0,20 1,073 0,48 1,231 0,76 1,534
0,040 1,014 0,22 1,082 0,50 1,247 0,78 1,570
0,015 1,015 0,24 1,092 0,52 1,264 0,80 1,610
0,050 1,017 0,26 1,102 0,54 1,281 0,82 1,653
0,055 1,019 0,28 1,112 0,56 1,297 0,84 1,710
0,060 1,021 0,30 1,122 0,58 1,314 0,86 1,765
0,070 1,024 0,32 1,133 0,60 1,332 0,88 1,832
0,080 1,027 0,34 1,144 0,62 1,352 0,90 1,910
0,090 1,030 0,36 1,155 0,64 1,372 0,92 2,000
0,10 1,034 0,38 1,167 0,66 1,393 0,94 2,153
0,12 1,041 0,40 1,179 0,68 1,417 0,96 2,300
0,14 1,019 0,42 1,191 0,70 1,444 0,98 2,550
Для определения действительных сопротивлений Дш шлейфа цепи
и сопротивления изоляции /?„3 между проводами по результатам изме-
рений, произведенных при пониженной изоляции, вводят поправочный
коэффициент k. Его определяют по табл. 10 в зависимости от отноше-
ния Измеренных ВеЛИЧИН Rns^Rna-
Если /?изм//?и3 > 0,025, то для определения действительного со-
противления шлейфа /?ш вводят поправочный коэффициент k и значе-
ние сопротивления определяют по формуле /?ш = /?и8Мй.
Действительное значение сопротивления цепи необходимо приво-
дить к температуре + 20° С, при которой оценивается электрическое
состояние цепи. Для пересчета пользуются формулой
К20 =------*1-----, (54)
14-а((/ —20°) ' '
где Rt — действительное значение сопротивления цепи при температу-
ре С С, при которой производились измерения Ом;
а( — температурный коэффициент сопротивления (для меди 0,0039,
для биметалла 0,0041, для алюминия 0,0037 и для стали
0,0046).
Если при измерениях температура воздуха оконечных пунктов была
разная, то берут среднее значение t= <А^<Б.
Переход от измеренного значения сопротивления изоляции R„a к
действительному Rn3 следует производить при RU3M/R'n3 0,15. Дей-
ствительное сопротивление изоляции вычисляют по формуле R„3 =>
= R„3/k.
Электрические характеристики кабельных линий, так же как и воз-
душных цепей, зависят от окружающей температуры и наличия вста-
вок из кусков кабеля с другим диаметром жил.
Сопротивления жил кабеля, полученные в результате измерения,
приводят к температуре + 20° С по формуле (54), где сц — темпера-
184
турный коэффициент, равный 0,004 для медных жил и 0,0042 для алю-
миниевых.
Километрическое сопротивление цепи определяют по формуле
(53), где /?113ы = /?ш — сопротивление шлейфа цепи кабельной линии,
приведенное к температуре + 20° С.
Если измеряемая кабельная цепь состоит из участков с разным диа-
метром жил или жил, изготовленных из различных материалов, то в
знаменатель формулы подставляют приведенную длину /пр измеряемо-
го участка кабеля. Эту длину определяют так же, как и приведенную
длину воздушной линии.
Сопротивление изоляции жил кабеля между собой и по отношению
к земле, как было указано в§ 87, в значительной мере зависит от тем-
пературы, поэтому измеренное сопротивление изоляции приводят к
температуре -Ь 20° С
п _----------^22-1_____
1,3 20 [1 +а<(С- 20°)] ’
где/?„з2о — сопротивление изоляции при температуре / = + 20° С;
Rm t — измеренное сопротивление изоляции при температуре
/°C;
a't — температурный коэффициент сопротивления изоляции (для
кабелей с бумажно-кордельной изоляцией 0,06, для ка-
белей со стирофлексно-кордельной изоляцией и изоляцией
из полиэтиленовых шайб 0,001);
t° — среднее значение температуры грунта на глубине залега-
ния кабеля в начале и конце измеряемого участка.
Сопротивление изоляции 1 км кабеля
R«3 км = Rm 20Л
где /?Из нм — сопротивление изоляции на 1 км длины кабеля;
Rm го — измеренное сопротивление изоляции всего участка кабе-
ля, приведенное к температуре + 20° С;
I — длина измеряемого участка кабеля, км.
Емкость 1 км длины кабеля вычисляют как результат деления ем-
кости всего участка кабеля на его длину.
На основании полученных результатов после обработки измерений
производят оценку электрического состояния цепи, сопоставляя
указанные результаты с нормами. В случае необходимости принима-
ют меры к устранению причин, повлиявших на изменение электриче-
ских характеристик цепи.
Рассмотрим пример обработки результатов измерений параметров
воздушной линии между пунктами А и Б, расположенными на расстоя-
нии 80 км друг от друга. Воздушная линия со стальными проводами
d — 5 мм имеет вставку стального провода d — 4 мм на протяжении
15 км. Измерения производились в сырую погоду при температуре в
пункте А /1 — 18° С, а в пункте Б t2 = 14° С.
В результате измерений получены следующие данные: измеренное
сопротивление шлейф /?изм = 1220 Ом, сопротивление асимметрии
Ra *= 6Ом, сопротивление изоляции между проводами /?^а =» 4066 0м.
)85
Сопротивление изоляции каждого из проводов цепи по отношению к
земле, измеренное при разных полярностях включения питающего ис-
точника (4- и — ), было получено-
Я из 1
’4-2140 Ом'
— 2020 Ом
’ 4-2160 Ом ’
—2020 Ом
^из 2
среднее значение R'H3 ( — 2080 Ом;
среднее значение Т?'из2 =2095 Ом.’
Обработку результатов измерения производят в такой последова-
тельности.
1, Определяют приведенную длину измеряемой цепи
^прпв = (1 4*
где Zj — длина проводов d = 5 мм, равная 65 км, a Zs — длина
вставки d = 4 мм, равная 15 км; г2 — сопротивление 1 км стального
провода (i = 4 мм при / = 20°С, равное 11 Ом; —сопротивление
провода d •= Б мм при t = 20° С, равное 7,04 Ом:
^ = 65 4-15-^ = 88,4 км.
7,04
2. Находят поправочный коэффициент на пониженную изоляцию
цепи
' км 1 .
шрив
Ягп — Яд
= ——
_Яизм_=2^2_ = 0,3(по табл. 10 k = 1,122).
v 4066
ХИЗ (
3. Вычисляют действительное сопротивление шлейфа /?т=7?пзм^ —
= 1220.1,122= 1368,8 Ом.
4. Определяют действительное сопротивление проводов цепи на
I км длины с учетом асимметрии /?д = 6 Ом:
= Яш4- Яд = 1368,8+_6 _ = 687 4 Ом
1 2 2
г . = -2h_ = = 7,77 Ом;
88,4
1368,8—G
------:---=681,4 Ом;
2
Гим2 = _^_ = ^!А = 7,7 0м.
ИМ «прив 88.4
5. Приводят действительное сопротивление проводов цепи на 1 км
к температуре 20° С, Для этого определяют среднюю температуру, при
которой производились измерения
18+14 =16 °C.
2
t = —
Jcp 2
186
Действительное сопротивление проводов па 1 км длины при 20° С
вычисляют по формулам:
__________гчм____,
км 1 + а(Г° —20°) ’
. =_________7 77______= 7 9 Ом- Г =____________7-7__________
к" 1 1 + 0.0045(16“ —20е) ’ ’ км2 1+0,0045 (16е—20°)
= 7,8 Ом.
6. Вычисляют действительное сопротивление изоляции между про-
водами всей цепи, учитывая поправочный коэффициент, так как
/?иа>0,15:
/?„, = = 3623 Ом.
1,3 1,122
’ 7. Определяют сопротивление изоляции на 1 км цепи
/?из = /прнв = 3623-88.4 = 0,32 МОм/км.
8. Находят измеренное сопротивление изоляции каждого провода
цепи по отношению к земле:
*нз. кМ1= Яиз. > в = 2080-88,4 = 0,183 МОм/км.
яиз.км 2 = Кз. 2 1пРИВ = 2095-88,4 = 0,185 МОм/км.
Действительное сопротивление изоляции вычислить нельзя, так
как не измерялось сопротивление одиночных заземленных проводов.
Таблица 11
Темпера- Сопротивление проводов постоянному току Ом,/км
Сталь Медь Биме галл

тура. диаметр проводов. мм
°G 1 5 6 3 . 3.5 4 3 4
|-40 12,00 7,69 5,33 2,72 1,94 1.58 4,16 3,49
Н35 11,74 7,51 5,21 2,67 1,96 1,50 4.08 3,42
рзо 11,50 7,35 5.11 2,62 1,93 1 48 4,00 3,35
1-25 11,28 7,21 5,00 2,57 1.89 1,45 3,92 3,29
|-20 11.00 7,04 4.88 2,52 1,85 1.42 3,84 3,22
|-15 10,76 6,88 4.78 2,47 1.81 1 39 3,76 3,15
ню 10,50 6,72 4.66 2,42 1,78 1.37 3,68 3,09
- 5 10,25 6,56 4.55. 2,37 1.74 1,34 3,60 3,01
0 10,00 6,39 4,44 2,32 1.70 1,31 3,52 2,96
- 5 9,75 6,24 4,34 2,27 1.67 1,28 3,44 2,89
-10 9,50 6,08 4.22 2.22 1.63 1,25 3,37 2,82
-15 9,25 5,92 4,11 2,17 1.60 1,23 3,29 2,76
-20 9,00 5,76 3,99 2.12 1.56 1,20 3,22 2,69
-25 8,75 5,59 3,88 2.08 1.52 1.17 3,14 2,63
-30 8,50 5,44 3,77 2,03 1,49 1 14 3,06 2,56
-35 8,25 5,27 3,66 1,97 1.45 1.10 2,98 2,50
-40 8,00 5,12 3,55 1,93 1.41 1,08 2,90 2,43
187
Полученные результаты измерений и вычислений сравнивают с нор-
мами (табл. 11). На основании сравнения приходят к следующим вы-
водам.
1. Провода цепи по сопротивлению и асимметрии находятся в не-
удовлетворительном состоянии. Действительное сопротивление про-
вода при t = + 20° С равно 7,9 Ом, а по норме с отступлением на
10% оно должно быть не более 7,74 Ом.
2. Сопротивление изоляции проводов не удовлетворяет нормам,
так как оно менее 2 МОм/км.
3. Необходимо выяснить причины плохого состояния линии, из-
меряя ее на более коротких участках, предварительно тщательно ос-
мотреть линию и ревизионные сжимы.
Результаты измерения кабельных линий обрабатываются подобно
результатам измерения воздушных линий о учетом указаний по обра-
ботке, относящихся к кабельным линиям,
§ 91. ПЕРИОДИЧНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЙ ВОЗДУШНЫХ
И КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ
Электрическое состояние воздушных и кабельных линий, как уже
было выяснено, зависит от ряда факторов и не остается всегда постоян-
ным. Поэтому для определения состояния линии и приведения величи-
чин, его характеризующих, к требуемым нормам производят профилак-
тические и контрольные измерения постоянным током. Периодичность
измерений определяется ведомственными инструкциями и правилами в
зависимости от характера и назначения цепей.
В большинстве воздушных линий связи измерения производят один
раз в месяц. До и после работ по реконструкции- линий измеряют со-
противление и омическую асимметрию цепи, сопротивление изоляции
между проводами и каждого провода цепи по отношению к земле. Из-
мерению подлежат все цепи реконструируемой линии связи.
На воздушных линиях связи производят электрические измерения
при определении характера повреждения и после его устранения.
Профилактические измерения междугородных
кабелей постоянным током производят 2 раза в год: весной при опреде-
лении необходимого ремонта и осенью при подготовке устройств к ра-
боте в зимных условиях. Такая же периодичность электрических изме-
рений предусмотрена для междугородных кабельных линий, оборудо-
ванных сигнализаторами попнжения.изоляции.
Коаксиальные кабельные линии, оборудованные сигнализаторами
понижения изоляции, измеряют один раз в два года.
На междугородных кабельных линиях, не оборудованных сигнали-
заторами понижения изоляции, измеряют сопротивление изоляции
свободных симметричных пар или искусственных цепей из наружного
повива 2—4 раза в сутки. Эти измерения нужно проводить без ущерба
для действующих связей.
Измерения кабельных вставок в воздушные линии и кабельных вво-
дов производят один раз в два года,
188
Контрольные измерения кабелей выполняют после
ремонтно-восстановительных и других работ, вследствие которых могли
измениться электрические характеристики кабеля.
§ 92. НОРМЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ, АСИММЕТРИИ
И СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ПРОВОДОВ И КАБЕЛЕЙ
Исправное состояние воздушной цепи или кабельной линии харак-
теризуется определенными величинами сопротивления, асимметрии
и сопротивления изоляции проводов или жил кабеля.
Сопротивление провода постоянному току
R = P-,
S
где R — сопротивление, Ом;
р — удельное сопротивление материала провода, Ом>м;
I — длина, м;
s — поперечное сечение провода, м2.
Сопротивлением, вычисленным по этой формуле, обладают новые
провода. Нормальные значения сопротивлений проводов при различ-
ной температуре, наиболее часто применяемых на воздушных линиях
связи, автоматики и телемеханики, приведены в табл. 11. По сравне-
нию с величинами, указанными в табл. 11, на основании рекоменда-
ций МККТТ допускается повышение сопротивления медных проводов
телефонных цепей на 5%, биметаллических — на 7%. Повышение со-
противления цепей из стальных проводов вследствие коррозии по срав-
нению с нормой возможно до 10%.
Асимметрия медных и биметаллических двухпроводных цепей на
усилительный участок не должна превышать 2 Ом, для цепей из сталь-
ных проводов диаметром 4 и 5 мм — не более 5 Ом.
Сопротивление изоляции однопроводной цепи на 1 км длины ли-
нии по отношению к земле не должно быть ниже 2 МОм в сырую и 40
МОм в сухую погоду.
Сопротивление изоляции между проводами двухпроводной (теле-
фонной) цепи должно быть примерно равно сумме сопротивлений изо-
ляции каждого из проводов относительно земли. Если сопротивление
изоляции между проводами окажется значительно ниже указанной
суммы сопротивлений изоляции обоих проводов по отношению к земле,
то это указывает на возможное сообщение между проводами. При раз-
нице в величинах сопротивлений изоляции отдельных проводов двух-
проводной цепи относительно земли более чем на 30% цепь считается
в неудовлетворительном состоянии.
В отличие от воздушных цепей сопротивление 1 км шлейфа кабель-
ных линий при температуре 4- 20°С должно соответствовать значени-
ям, вычисленным по формулам:
189
для основной цепи из медных жил......гкм < — Ом/км;
а3
75
для такой же цепи из алюминиевых жил , , гкм < — Ом/км;
а2
23
для искусственных цепей из медных жил . . г1(М < — Ом/км;
а-
37,5
для такой же цепи из алюминиевых жил . . гкм <-- Ом/км.
а2
Асимметрия сопротивлений одной пары жил кабеля на усилитель-
ный участок не должна превышать: для кабелей с медными жилами и
кордельно-бумажной или стирофлексной изоляцией /?А не более
у I, для таких же кабелей, но с алюминиевыми жилами, #А не
более — V I.
В приведенных формулах d — диаметр жилы кабеля, мм; / — дли-
на линии или участка, км.
Сопротивление изоляции каждой жилы кабеля по отношению к dte-
тальным жилам, соединенным между собой и со свинцовой оболочкой
кабеля при температуре + 20° С, должно быть не менее 10 000 МОм/км
у кабелей с кордельно-бумажной изоляцией и не менее 20 000 МОм/км
со стирофлексной изоляцией.
Как указано в § 87, для кабельных линий нормируется рабочая ем-
кость. Для междугородных кабельных линий с кордельно-бумажной
изоляцией при диаметре жил 1,2 мм среднее значение рабочей емко-
сти должно быть 0,0265 мкФ/км, а с кордельно-стирофлексной изоля-
цией — 0,0235 мкФ/км.
В случае отклонения величин, характеризующих нормальное элект-
рическое состояние цепей связи, автоматики и телемеханики, от уста-
новленных норм и для предупреждения этих отклонений необходимо
анализировать результаты измерений, сопоставляя их с нормами, и
своевременно принимать меры к устранению причин, вызывающих
изменения электрического состояния проводов и кабелей.
§ 93. ПОРЯДОК ЗАПОЛНЕНИЯ ВЕДОМОСТИ
РЕЗУЛЬТАТОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ
Учет результатов измерений проводов производят в пунктах их
измерения. Для этого имеется журнал или Ведомость результатов пе-
риодических измерений постоянным током проводов телеграфных и те-
лефонных цепей, форма ШУ-47, утвержденная МПС.
Ведомость заполняет электромеханик, производивший измерения,
В ведомости указывают краткую характеристику цепей: наличие ка-
бельных вставок или проводов другого диаметра, их протяженность,
диаметр жил (или провода) и электрические характеристики.
В графы ведомости вносят следующие данные периодических изме-
рений: время измерения (число, месяц, год, часы), наименование пунк-
190
, тов, между которыми производились измерения; длину участка, про-
вода или цепи; материал и диаметр провода; сопротивление кабельных
вставок (если они имеются); температуру. Затем в графах 13—21 за-
писывают полученные результаты измерений сопротивления проводов,
асимметрии, сопротивления изоляции и асимметрии изоляции. В гра-
фах 24—34 указывают приведенную длину участка, действительные
величины сопротивления и сопротивления изоляции всей цепи и на
1 км ее длины для каждого из проводов, а для изоляции — также зна-
чение величины изоляции между проводами. Заполненную ведомость
формы ШУ-47 согласно Инструкции по техническому обслуживанию
устройств проводной связи, ЦШ/3417, 1977 г. направляют в КИП для
анализа.
На основании полученных результатов после обработки измерений
производят оценку электрического состояния цепи, сопоставляя
указанные результаты с величинами по нормам. Выводы записывают
в графу 35 ведомости и в случае необходимости принимают меры к
устранению причин, отрицательно влияющих на электрическое состоя-
ние цепи.
Электрические измерения кабелей местной связи производят работ-
ники контрольно-испытательного пункта (КИП) дистанции под тех-
ническим контролем дорожной лаборатории. Данные измерений зано-
сят в Ведомость результатов электрических измерений кабелей, фор-
ма ШУ-46. В ведомости указывают номер пары, дату измерения, со-
противление изоляции относительно земли и сопротивление шлейфа
или жилы.
Электрические измерения кабелей магистральных связей произво-
дят работники группы паспортизации и измерений, а измерение кабель-
ных вставок и переходов выполняют работники дорожных лаборато-
рий связи.
Данные результатов электрических измерений заносят в Протокол
электрических измерений кабеля постоянным током, составленный по
форме 10.1 Указаний по строительству междугородных кабельных ли-
ний связи (изд-во Связь, 1972),
§ 94. ИСПЫТАНИЕ УПЛОТНЕННЫХ ЦЕПЕЙ
Измерения постоянным током уплотненных цепей связи не должны
нарушать их нормальной работы. Поэтому для обеспечения действия
каналов высокой частоты при испытаниях и измерениях проводов воз-
душных и симметричных кабельных линий связи применяют специаль-
ное переходное измерительное устройство, называемое сокращенно
ПИУС.
Это устройство представляет собой симметрирующий контур, со-
стоящий из конденсаторов и дросселей, смонтированных, на вводной
или вводно-испытательной стойке ЛАЦа (рис. 152, ст. А). Перед ис-
пытанием или измерением проводов линии постоянным током ПИУС
с помощью четырехпроводного шнура, включенного в гнезда Ст'-
Лин', подключают к гнездам Ст-Лин (показано пунктиром), соеди-
191
Рис. 152. Схема измерений без нарушения действия связи
ленным соответственно со станцией (гнезда Ст) н линией (гнезда Лин).
Затем из гнезд 1-2 и 3-4 вынимают соединительные дужки. При этом
линия соединяется со станцией через конденсаторы С1 и С2 ПИУС,
следовательно, обеспечивается связь по высокочастотным каналам, а
для постоянного тока линия будет изолирована от станционных уст-
ройств.
Параллельно к линии подключен фильтр нижних частот (Др1,
Др2, СЗ), соединенный с измерительными гнездами И (5,6), при
помощи которых присоединяют к линии измерительный прибор (мост
или испытатель линий).
На противоположном конце линии установлено точно такое же уст-
ройство ПИУС (рис. 152, ст. Б). На его измерительных гнездах И
(7,8) производят необходимые соединения при измерениях линии опи-
санными ранее методами (замыкают и заземляют или изолируют).
По окончании измерений или испытания линии сначала в гнезда 1-2 и
3-4 вставляют соединительные дужки, а затем отключают ПИУС, вы-
нув штепсели соединительного шнура из гнезд Ст-Лин и Ст-Лин .
Результат измерения сопротивления цепи при использовании
ПИУС вычисляют по формуле
Pm ~ Рш 4/?Др,
где 7?П1 — сопротивление шлейфа;
— измеренное сопротивление шлейфа;
4/?др — сопротивление дросселей ПИУС измеряющей и оконечной
станций. Это сопротивление для постоянного тока имеет
небольшую величину. '
При измерении асимметрии проводов цепи сопротивление дроссе-
лей Др1 и Др2 не влияет на результат измерений, так как они
отснмметрировапы как для переменного, так и для постоянного
тока.
192
§ 95. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ИЗМЕРЕНИЙ
ВОЗДУШНЫХ И КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ
Трассы воздушных и кабельных линий связи, автоматики и теле-
механики часто пересекаются трассами линий электропередачи (ЛЭП).
Нередко можно наблюдать параллельное расположение этих линий
на участках значительной протяженности. При нарушениях нормаль-
ных режимов работы ЛЭП на провода воздушных линий могут наво-
диться опасные напряжения.
На участках железных дороге электротягой переменного тока опас-
ному влиянию подвержены не только воздушные, но и подземные ка-
бельные линии. Поэтому при испытаниях и электрических измерениях
воздушных и кабельных линий связи, автоматики и телемеханики дол-
жны соблюдаться меры предосторожности, предусмотренные правила-
ми техники безопасности.
В Л А Ц перед вводно-испытателыюй стойкой, а также в других по-
мещениях, где установлены вводные стойки или кабельные боксы, ук-
ладывают диэлектрические коврики. Их поверхность делается рифле-
ной для увеличения переходного сопротивления. Коврики 'постоянно
должны быть чистыми и сухими.
Испытания и электрические измерения цепей воздушных и кабель-
ных линий, подверженных опасному влиянию ЛЭП, должны произво-
диться в диэлектрических перчатках, стоя на коврике, или в диэлект-
рических калошах. Измерительный прибор должен подключаться к
испытуемой линии через защитное устройство (рис. 153), состоящее из
дросселей LJ = L2 — 6 Г, сопротивление которых ту = г2 ^0,05 Ом,
и конденсаторов Cl = С2 — 30 мкФ. На входе защитного устройства
включается разрядник Р-350, предохраняющий прибор от возможных
кратковременных перенапряжений в случаях короткого замыкания на
высоковольтной линии. Защитное устройство должно обладать высо-
кой прочностью изоляции и выдерживать испытательное напряжение
не менее 1800 В при частоте 50 Гц, а элементы указанного устройства
должны обладать высоким сопротивлением изоляции.
При испытаниях и электрических измерениях в линиях связи, на-
ходящихся под напряжением, наибольшую опасность представляют
подключение к испытательной линии или отключение от нее измери-
тельного прибора или защитного устройства. Эту работу должны вы-
полнять два человека: один из них следит за точным выполнением пра-
вил техники безопасности, а другой произ-
водит подключение, испытание и отключе-
ние приборов.
При приближении или во время грозы
производство электрических измерений и
испытаний воздушных линий категориче-
ски запрещается.
Перед любыми испытаниями или элек-
трическими измерениями линий необхо-
димо убедиться в отсутствии в них посто-
Рис. 153. Защитное устрой-
ство
7 Зэк. 1970
193
ронних напряжений (электросети, дистанционного питания и т. п.).
Проверку линий или других токоведущих элементов — зажимов,
гнезд, плинтов — производят вольтметром или индикатором напря-
жений с неоновой лампочкой. Запрещается проверять наличие на-
пряжения касанием проводов или токоведущих частей голыми рука-
ми. Нельзя пользоваться в качестве индикатора напряжения теле-
фонными наушниками.
Работники, обслуживающие ЛАЦ, обнаружив на проводах воз-
душной или кабельной линии постороннее напряжение, должны пре-
дупредить об этом линейных работников, обслуживающих эти линии,
и поставить в известность руководство дистанции сигнализации и свя-
зи. '
Испытание кабелей или измерение изоляции кабельных линий нуж-
но производить при отключенных приборах с обеих сторон линии.
Перед измерением противоположный конец кабеля должен быть
огражден от доступа к нему предупредительными знаками — ука-
зателями или плакатами. У этого конца кабеля может находиться наб-
людающий работник в течение всего времени производства измерений.
После измерения сопротивления изоляции кабеля его необходимо
разрядить на землю, так как случайное прикосновение к жилам, име-
ющим остаточный заряд, моЖет повлечь за собой тяжелую травму.
Г л а в а 14
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТА ПОВРЕЖДЕНИЯ
НА ВОЗДУШНЫХ И КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЯХ АВТОМАТИКИ,
ТЕЛЕМЕХАНИКИ И СВЯЗИ
§ 96. ВИДЫ ПОВРЕЖДЕНИЙ ВОЗДУШНЫХ И КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ
И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРА ПОВРЕЖДЕНИЯ
Наиболее характерными видами повреждений воздушных линий
связи, автоматики и телемеханики являются сообщение проводов, со-
общение проводов с землей, обрыв проводов и повышенная асимметрия
цепи.
Сообщение проводов цепи между собой или с проводами другой цепи
может быть непосредственным вследствие чрезмерного провисания одно-
го из проводов или схлестывания проводов при лопнувшей вязке на
одном из изоляторов. Нередко сообщения возникают вследствие токо-
проводящих набросов на провода. Сообщения проводов с землей про-
исходят чаще всего через различные набросы, касания ветвей деревьев
и посторонних токопроводящих предметов, а также через разбитые
изоляторы. Обрывы проводов возникают при воздействии на них ин-
тенсивных динамических нагрузок во время бурь, метелей, гололеда.
При обрыве очень часто провод падает на землю, нередко замыкая при (
191
этом провода других цепей. Омическая асимметрия цепи является
следствием изменения сопротивления переходных контактов и недо-
брокачественных соединений проводов.
Перечисленные повреждения могут встречаться в различных соче-
таниях и часто носят неустойчивый характер, отражающийся на точно-
сти определения места повреждения.
Повреждения кабельных линий иногда похожи на некоторые из по-
вреждений воздушных линий, однако чаще повреждения, возникающие
на кабельных линиях, имеют свой специфический характер. Обрыв
жил в кабеле в отличие от обрыва проводов воздушных линий обычно
бывает при достаточно высоком сопротивлении изоляции оборванной
жилы. Асимметрия в кабельных линиях возникает в основном по тем
же причинам, что и на воздушных линиях.
Специфическим повреждением кабельных линий является повреж-
дение изоляции, возникающее вследствие нарушения целости оболоч-
ки кабеля. При этом влага проникает внутрь кабеля и сопротивление
изоляции снижается. Повреждение изоляции между жилами кабеля и
землей сокращенно называют «земля». Если изоляция повреждена
между жилами одной пары, это повреждение называют «короткое»,
а повреждение изоляции между жилами разных пар — «сообщение».
Эти повреждения могут быть в кабеле при наличии чаети исправных
жил. Однако встречаются повреждения изоляции всех жил кабеля.
Эго бывает в кабелях с корделыю-бумажной или воздушно-бумажной
изоляцией.
При повреждении изоляции в кабеле величина переходного сопро-
тивления может быть различных значений, начиная от величин, со-
измеримых с сопротивлением жил кабеля, до превышающих его во
много раз. В отдельных случаях величины переходных сопротивлений
достигают порядка десятков мегом.
Особенности различных видов повреждений должны учитываться
при выборе метода электрических измерений для определения расстоя-
ния до места повреждения с возможно более высокой точностью. Это
особенно касается кабельных линий, так как всякая неточность в оп-
ределении места повреждения приводит к лишним материальным затра-
там и увеличению времени нарушения нормальной работы устройств.
Перед выбором метода измерения необходимо определить характер
повреждения. Для этого может быть использован испытатель линий
стойки ВИС (см. § 114), если испытания производятся из ЛАЦа.
Если же необходимо определить характер повреждения в условиях ли-
нейной станции, то надо воспользоваться омметром (см. § 49) или аво-
метром (см. § 54).
Наличие «сообщения» между проводами воздушной линии или «ко-
роткого» между жилами кабеля определяют омметром, подключенным
к проводам цепи, которые должны быть разомкнуты (изолированы)
на противоположном конце. Если омметр покажет небольшую вели-
чину сопротивления, это указывает на наличие повреждения. Для оп-
ределения сообщения проводов одной цепи с проводом другой послед-
ний подключают к одному из зажимов омметра, а ко второму зажиму
поочередно присоединяют провода испытываемой цепи, Отклонение
7*
195
стрелки прибора, показывающее низкое сопротивление, указывает на
наличие «сообщения».
При испытании на сообщение с «землей» или ра определение «земли»
в кабеле испытываемый провод или жила кабеля должны быть изоли-
рованы на противоположном конце. В пункте измерения провод или
жилу кабеля присоединяют к одному из зажимов омметра, а второй
его зажим соединяют с заземлением. Если измеренное сопротивление
незначительно, значит провод или жила сообщаются с «землей». При
исправных проводах прибор покажет бесконечно большое сопротивле-
ние.
Обрыв провода или жилы определяют при подключении испытывае-
мого провода к одному из зажимов омметра. Второй зажим должен
быть соединен с «землей». На противоположном конце испытываемый
провод заземляют. В случае обрыва стрелка прибора покажет беско-
нечно большое сопротивление.
Используя эти основные методы, можно определять характер ком-
бинированных повреждений: сообщение между проводами и «землей»,
сообщение с «землей» при обрыве и др. Определив характер поврежде-
ния, можно выбрать метод измерения для определения расстояния до
места повреждения. При этом следует учитывать, что погрешность в
определении расстояния до места повреждения не должна превышать
0,5% для кабельных линий и 1-4-1,5% для воздушных линий сьязи
§ 97. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАССТОЯНИЯ
ДО МЕСТА СООБЩЕНИЯ ПРОВОДОВ С «ЗЕМЛЕЙ»
Метод Муррея. При сообщении одного из проводов цепи е «землей»
наиболее просто определить расстояние до места повреждения изме-
рением по способу заземленного шлейфа мостовой схемой^ переменным
отношением плеч (метод Муррея). Этот способ применим только в том
случае, если оба провода цепи имеют одинаковый диаметр и материал.
Мост уравновешивают при замкнутой кнопке К. (рис. 154). Для
уравновешенного моста можно написать равенство
Rx — Ro \R (R — Rx)^>
из которого определяют
Ь __
Х Ro + Ra
(55)
Учитывая, что сопротивления проводов из одного и того же мате-
риала и одинакового диаметра пропорциональны длине, преобразо-
вывают выражение (55), заменив сопротивление проводов и R
пропорциональными им длинами участков
I HRo , 21
L -----2—, или L -------
Ro + Яа 2-l-^
' Ro
(56)
196
Рис. 155. Схема измерения методом
Варлея
Следовательно, записав при равновесии моста показание плеча
сравнения /?0 и зная установленное сопротивление R:, в другом пле-
че, вычисляют по формуле (56) расстояние до места повреждения
линии.
Метод Варлея. Определить расстояние до места сообщения одного
из проводов цепи е «землей» можно также при помощи мостовой схемы
в постоянным отношением плеч (метод Варлея).
В этом случае схема моста имеет вид, приведенный на рис. 155.
К зажимам моста Л1-Л2 присоединяют шлейф из исправного провода
7 и поврежденного 11. Провода должны быть одинакового диаметра и
материала. Сопротивление одного провода Rv
Используя такую схему, производят два измерения. При первом
измерении переключатель П устанавливают в положение / и уравно-
вешивают мост. Из условия равновесия получают
^oi = ^№ Откуда 7?ш = ±2- R0i = NtR01=2Ri.
Кб
Второе измерение осуществляют при установке переключателя в по-
ложение\2, получая схему заземленного шлейфа. Уравновесив мост,
записывают условие равновесия
^а (^02 + Кх) = Кб (Я1+ R1 — Rx),
откуда
о 2RiRti — RaRoz 2R\ — N2^02
X ~ Ra + R6 ~ A's+I
Заменив 2/?, на равное ему сопротивление шлейфа /?ш и подставив
его значение, полу чают
г> R'\Rqi — ‘У;/?02
Разделив обе части уравнения (57) на километрическое сопротив-
ление провода г, получают формулу для определения расстояния до
места повреждения
I = или [ _ .Km—NiRtij (58)
х т(1 + АМ г(1 + У») J
197
Следовательно, для определения расстояния до места повреждения
необходимо определить отношения балансных плеч Л/] и N2 сопротив-
ления плеча сравнения /?01 и /?о2 при первом и втором измерениях и,
подставив их значения в формулу (58), вычислить искомое расстояние.
При равенстве отношений балансных плеч Л/j = = ] формулы
принимают более простой вид
/ = /?01~/?0->или /х =
х 2г х 2г
В том случае когда измеряемый шлейф составлен из проводов раз-
личного диаметра и разных материалов, необходимо путем измерений
определить заранее сопротивление вспомогательного исправного про-
вода При этом для определения места повреждения производят
также два измерения. При первом измерении переключатель II уста-
навливают в положение /, уравновешивают мост и определяют сопро-
тивление шлейфа проводов /?ш = Rt + rl. Из полученного выраже-
ния находят километрическое сопротивление г поврежденного прово-
да г = . Затем устанавливают переключатель П в положе-
ние 2 и производят второе измерение. Уравновесив мост, получают
данные отношения плеч Ra/R6 = Af2 и сопротивление Ro2 плеча срав-
нения. Расстояние I вычисляют по формулам (58).
§ 98. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАССТОЯНИЯ ДО МЕСТА СООБЩЕНИЯ
ДВУХ ПРОВОДОВ ЦЕПИ
I )
При определении места сообщения проводов возможны два случая;
полное короткое замыкание (ничтожно малое переходное сопротивле-
ние) и неполное короткое замыкание (большое переходное сопротивле-
ние) между проводами цепи.
В первом случае измеряют сопротивление шлейфа, образованного
поврежденными проводами, методом моста с постоянным отношением
плеч (рис. 156). При этом на станции А переключатель П устанавли-
вают в положение 1, а на станции Б провода изолируют. Уравновесив
мост, получают величину сопротивления шлейфа до места поврежде-
ния
₽m=4L/?o=yv₽<”
п
где N = тг- — отношение плеч моста;
Кб
/?0 — показание плеча сравнения.
Поделив полученное сопротивление R'.u на километрическое сопро-
тивление проводов измеряемой цепи, находят расстояние до места по-
вреждения 1Х = Километрическое сопротивление г берут из ведо-
мостей периодических измерений данной цепи.
198
В случае неполного короткого
замыкания, когда нельзя прене-
бречь переходным сопротивлением
в месте повреждения, необходимо
выполнить два измерения. Первое
измерение производят аналогично
измерению при полном коротком
замыкании и записывают получен-
ный результат, т. е. величины
R.JR0 = N и Rol. Перед вторым
измерением на станции А переклю-
чатель П устанавливают в поло-
жение 2, а на станции Б провод R2
заземляют. Потом уравновеши-
вают мост и записывают показание плеча сравнения Roi и отношение
плеч (V2 при втором измерении. Зная значение километрического соп-
ротивления провода, вычисляют расстояние до места повреждения
> NtRoi —
lx
г(1 + Л/2)
(59)
Если на участке имеется третий исправный и свободный провод,
то для более точного определения места повреждения следует восполь-
зоваться этим проводом. Шлейф составляют из исправного и повреж-
денного проводов. На станции А эти провода присоединяют к зажимам
моста Л1-Л2, а на станции Б их замыкают накоротко. Второй повреж-
денный провод в обоих пунктах заземляют. Затем производят два из-
мерения: первое при положении 1 переключателя П—определяют
сопротивление шлейфа /?ш из исправного и поврежденного проводов
и второе при положении 2 переключателя П (по схеме заземленного
шлейфа). Записав результаты первого (NiR0l) и второго (Л/2/?02) измере-
ний, вычисляют по формуле (59) расстояние’до места повреждения.
Используя равенство сопротивлений балансных плеч Ra = R6 и
учитывая, что при первом измерении /?ш =2г/, формулу для вычисле-
ний можно представит j в виде
\ RmJ
Во всех рассмотренных случаях измерений провода должны обла-
дать одинаковым километрическим сопротивлением.
§ 99. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАССТОЯНИЯ ДО МЕСТА ОБРЫВА
НА ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЯХ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ
МЕСТА АСИММЕТРИИ
При обрыве проводов на воздушных линиях связи оборванный про-
вод чаще всего или замыкается (сообщается с другим каким-либо про-
водом), или сообщается одновременно с другим проводом и землей.
Как в одном, так и в другом случае при определении места поврежде-
ния производят измерения по способу заземленного шлейфа
199
0) Станции Л Станции S
„ i*J
(см. § 97) с использованием схе-
мы моста с постоянным отноше-
нием плеч.
В первом случае для изме-
рений необходим исправный
вспомогательный провод. Из
этого провода и провода, с ко-
торым замкнулся оборванный
провод, составляют шлейф. На
станции А (рис. 157, а) его под-
ключают к зажимам моста, а на
Рис. 157. Определение расстояния до станции Б замыкают накоротко,
места обрыва проводов Оборванный провод на станции
А заземляют.
Во втором случае также составляют шлейф из исправного вспомо-
гательного провода и провода, с которым замкнулся оборванный
провод.
На станции А (рис. 157, б) этот шлейф присоединяют к зажимам
моста, а на станции Б замыкают накоротко. Оборванный провод на
станции А или Б заземляют в зависимости от того, на какой из станций
получают «землю» при испытании этого провода. Определение расстоя-
ния по, результатам измерений производят по формулам, приведенным
в §97 для измерений по способу заземленного шлейфа мостом с посто-
янным отношением плеч.
На’воздушных линиях иногда возникают повреждения в виде зна-
чительного увеличения сопротивления провода в месте недоброкачест-
венного сростка. На двухпроводных линиях эти повреждения обнару-
живают при измерении асимметрии, которая в таких случаях резко
увеличивается.
Для выявления такого повреждения дважды измеряют сопротив-
ление шлейфа цепи, в которой обнаружена асимметрия, превышающая
допускаемую.
Первое измерение шлейфа проводов, замкнутых накоротко на
противоположной станции, производят при напряжении батареи око-
ло 5—8 В и получают значение сопротивления /?ш.
При втором измерении напряжение повышают до 80—120 В и по-
лучают в результате измерения сопротивление шлейфа /?ш2. Это сопро-
тивление обычно случается меньше предыдущего, так как увеличение
тока в проводах вследствие повышения напряжения приводит к воз-
растанию напряжения на плохом контакте в линии, и он пробивается.
Разность сопротивлений /?ш1 — /?ш2 равна сопротивлению гп переход-
ного контакта в стыке. После выключения повышенного напряжения
сопротивление стыка через некоторое время вновь принимает прежнее
значение.
Определив наличие повышенного переходного сопротивления в од-
ном из проводов цепи, определяют местонахождение его, измеряя асим-
метрию цепи по укороченным участкам (перегонам). Когда измерения-
ми будет установлен перегон, в пределах которого находится поврежде-
ние, то дальнейшими измерениями устанавливают километр, а уже в
20Э
пределах километра отыскивают повреждение по пролетам. После об-
наружения и устранения поврежденного сростка проводов обязательно
производят контрольные измерения.
Следует отметить, что определение места обрыва проводов, особен-
но при отсутствии заземления в месте обрыва, и определение места
асимметрии измерениями на постоянном токе требуют большой затра-
ты времени и не дают точных результатов. Поэтому такие повреждения
определяют более совершенными методами измерений на переменном
токе (см. гл. 25, 28).
й-
§ 100. ИСТОЧНИКИ ПОГРЕШНОСТЕЙ
ПРИ ИЗМЕРЕНИИ ПОВРЕЖДЕННОГО КАБЕЛЯ
И ВЫБОР МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ
При повреждения свинцовой оболочки кабеля влага проникает
внутрь его, вследствие чего резко снижается сопротивление изоляции
жил по отношению друг к другу и к «земле». В зависимости от времени,
прошедшего с момента повреждения, и от его размера, а также от
влажности грунта сопротивление изоляции в месте повреждения, т. е.
переходное сопротивление, может иметь разные значения. Примени-
тельно к этому и выбирают метод измерения.
Основные методы измерений рассматриваются в последующих па-
раграфах.
Перед электрическими измерениями, с помощью которых опреде-
ляют расстояние до места повреждения, следует измерить сопротив-
ление изоляции жил и выбрать для дальнейших измерений одну жилу,
обладающую самым высоким сопротивлением изоляции /?„3, и другую
с самым низким сопротивлением изоляции /?„. Первая жила будет счи-
таться исправной, вторая поврежденной.
При электрических измерениях, связанных с определением места
повреждения изоляции всех жил кабеля, возникают помехи, снижаю-
щие точность измерений. Причинами их являются изменение переход-
ных сопротивлений в месте повреждения, действие блуждающих токов
и э.д.с. поляризации. Поэтому для уменьшения влияния помех и
повышения точности измерений проводят многократные изме-
рения. Про.межутки времени между измерениями делают как можно
меньше.
В тех случаях когда уравновесить мост при измерении невозможно,
применяют способ ложного нуля. Для увеличения угла отклонения
стрелки гальванометра под действием измерительных токов по срав-
нению с действием током помех повышают напряжение измерительной
батареи. Иногда положительный результат дает изменение полярности
измерительной батареи.
Наиболее высокую точность измерений обеспечивают мостовые ме-
тоды. Для повышения точности измерений этими методами, особенно
при отсутствии исправных жил в кабеле, создают искусственно ис-
правную жилу, используя исправные жилы других кабелей на данном
участке, или прокладывают специальный вспомогательный провод.
201
§ 101. МЕТОД СРАВНЕНИЯ ПАДЕНИЙ НАПРЯЖЕНИЙ
Расстояние до места повреждения всех жил в кабеле при переход-
ном сопротивлении /?„, не превышающем 40 000 Ом, можно опреде-
лить сравнением падений напряжений в контурах, измеренных с про-
тивоположных концов кабеля (рис. 158, а). В пунктах измерения приме-
няют одинаковые приборы высокого класса точности (не ниже 0,5), по-
казания которых предварительно сверяют между собой. Миллиампер-
метры выбирают со шкалой 0—30 мА, вольтметры — 0—100 или 0—150
В. Для регулировки силы тока в цепи потенциометров Rt и /?2 с со-
противлением 1000 Ом каждый применяют реостаты /?д. Напряжение
батарей Б1 и Б2 должно быть 80 В. Их включают так, чтобы контур-
ные токи /1 и 72 имели одинаковые направления.
Перед измерением устанавливают одинаковые напряжения Ui = U2,
контролируемые вольтметрами V, и поддерживают их постоянными в
течение 5 мин, пока.установится действие поляризации. За это время
могут измениться показания миллиамперметров. Дальнейшей регули-
ровкой потенциометрами Rl, R2 и реостатами Ra добиваются одина-
ковых показаний миллиамперметров, фиксирующих равенства токов
1у и /2 (примерно в пределах 15—25 мА). Равенство должно оставаться
неизменным в течение одной минуты, при этом в схеме устанавливает-
ся равновесие, при котором сила тока в переходном сопротивлении
Rn будет равна нулю. Показания вольтметров и U2, соответствую-
щие этому моменту, являются измеренными напряжениями.
Применяя метод контурных токов, .можно написать:
*4 = Л (2Rx + Ru+rJ -l2Rn-
U2 = li (2R,—2RX +r2 +/?„)-/,Rn,
где /у и r2 — внутренние сопротивления миллиамперметров.
Рис. 158. Схемы измере-
ния методом сравнения
падений напряжений
202
Определяя отношение напряжений с учетом, что /1 = /2, получают
ZA Л (2/?я4~/?п-Ьi)—RRn _____________2RX4-г 1
Zj (2/?д — 2Rх-|-г2Rц)—liRn 2 (Rn — Rx)~Vr^
откуда определяют
__ U 1 (2/?л -г Г;) — Ц2Гt
(60)
2(^ + ^г)
Величина переходного сопротивления Rn не входит в результиру-
ющее уравнение (60), следовательно, не влияет на результат измере-
ний
Подставив в уравнение (60) значения измеренных напряжений
Ui и L)г и зная километрическое сопротивление жилы кабеля (из ведо-
мостей периодических измерений), определяют расстояние до места
повреждения
I =—х
гкм
При наличии исправных жил в кабеле можно приближенно опреде-
лить место повреждения, составив замкнутую цепь из-исправной и по-
врежденной жил (рис. 158, б). При достаточно большом сопротивле-
нии резистора Ra, превосходящем в десятки раз сопротивления изме-
ряемых жил, токи в цепи при измерении напряжений и U2 соот-
ветствующих положениям / и 2 переключателя П будут практически
равны между собой. Учитывая это, можно считать, что измеренные па-
дения напряжений Ux и U2 будут пропорциональны длинам участков
цепи, следовательно, U-JU2 = 1Х/ (I + /д). Учитывая, что I = 1Х 4-
4-/д, и решая эти уравнения, получают формулы для определения рас-
стояния до места повреждения:
1Х = 21--и 1Л = 1 Ui~Ul .
U. + U, л U, + U,
Рассмотренным методом пользуются при определении участка по-
вреждения. Более высокая точность обеспечивается при измерении
мостовыми методами.
§ 102. МЕТОДЫ МОСТА С ПЕРЕМЕННЫМ
И ПОСТОЯННЫМ ОТНОШЕНИЕМ ПЛЕЧ
Метод моста с переменным отношением
плеч применяют на длинных и коротких участках кабельных линий
при повреждении изоляции жил в тех случаях, когда переходное со-
противление в месте повреждения бывает от 0 до 30 МОм. Схема изме-
рений приведена на рис. 159. Напряжение батареи Е должно быт*
около 100—500 В в зависимости от предполагаемой величины переход-
ного сопротивления в месте повреждения. Батарею включают череэ
добавочный резистор /?д. Мост уравновешивают, подбирая значение
сопротивления переменного резистора Ro при замкнутой кнопке К,
203
Рис. 159. Измерение мостом с
переменным отношением плеч
Рис. 160. Измерение мостом с по-
стоянным отношением плеч
В случае когда исправная и поврежденная жилы кабеля имеют оди-
наковый диаметр и материал, после уравновешивания моста расстоя-
ние до места повреждения определяют методом Муррея по формуле
(56)
I = I
х /?В+Я<> °'
Длина участка /0 поврежденного кабеля должна быть известна.
Если в качестве исправной (вспомогательной) жилы используют
жилу, имеющую материал и диаметр, отличный от поврежденной жилы
кабеля, то измерения необходимо произвести как со станции А, так
и со станции Б одинаковыми измерительными приборами. Расстояние
до места повреждения в этом случае
I Дол^л + Ков) {
. К0А (^а+^од )+ Коб (Ка + К0А )
В этой формуле Roa и Rof, — значения сопротивления переменных
резисторов при равновесии измерительных мостов соответственно на
станциях А и Б. Сопротивления в плече /?я на обеих станциях долж-
ны иметь одинаковые значения
'Метод моста с постоянным отношением
плеч применяют для электрических измерений при определении
места повреждения в таких же случаях, как и предыдущий. Схема из-
мерений приведена па рис. 160. Мост питается от батареи Е напряже-
нием 100—500 В, включенной через добавочный резистор /?д Отноше-
ние плеч Rn/RC) = У устанавливают перед измерением. Уравновеши-
вают мост изменением сопротивления плеча сравнения.
При измерении указанным методом должны быть известны длина из-
меряемой цепи /(1 и сопротивление шлейфа RUI, которое берут из ведо-
мостей периодических измерений при данной температуре или изме-
ряют обычным способом.
Так же как и в предыдущем случае, возможны различные условия
применения этого метода измерений. Если измеряют шлейф, состав-
ленный из исправной и поврежденной жил одинакового диаметра и ма-
териала, то для уравновешенного моста справедливо равенство
Ra (Ro + Rx) — Rq (Rm — Rx)<
204
откуда
n (^1~Ь Rt)—RaRt .
“ Яа+Яб
Поделив выражение (61) на = Rx 4- Rt, получают
п Mt
р ® р
«X_____________________________AU1 '
Яш Яа4*Яб
Учитывая, что сопротивления проводов пропорциональны их дли-
нам, т. е. /?х//?ш= 1Х/21О, и заменив сопротивления проводов соответст-
вующими длинами, получают формулу для определения расстояния до
места повреждения
I Яш-Л'Яо 2/
Яш(1 + А0
При отношении плеч N — 1 формула упрощается
(61)
I _ Яш — А?о .
*«-----Р ‘°'
Если измеряемые жилы кабеля отличаются по длине, диаметру и
материалу, то проводят два измерения по «хеме, приведенной на
рис. 160: одно — со станции А, другое — со станции Б. При этих
измерениях используют одинаковые измерительные мосты. Расстоя-
ние до места повреждения в этом случае определяют по формуле
Ят—Л'Лпл
‘*=-2R nTr’+R 1 '<»’ (62)
“ш—л (аол Т /<0£ )
Сопротивление шлейфа измеряют » одной из станций (А или Б)
Roa и Rob, входящие в формулу, представляют собой значения сопро-
тивлений плеча сравнения моста при измерениях соответственно на
станциях А и Б.
Приведенная формула получена из условия равновесия моста под-
становкой соответствующих, входящих в нее величин. Для этого со-
ставляют два равенства: одно при измерении со станции Л, другое—ксо
станции Б; решая их, получают формулу (62).
§ 103. МЕТОД ТРЕХ ИЗМЕРЕНИЙ
Метод трех измерений мостом в постоянным отношением плеч при-
меняют на коротких линиях (до 0,5 км), при переходном сопротивле-
нии изоляции до 10 МОм в случае, когда исправные жилы Rx и R2 име-
ют различные длины, диаметры и материалы. Используя схему, при-
веденную на рис. 161, производят последовательно три измерения
при различных положениях (/, 2 и 5) переключателя Л. Первое изме-
рение выполняют по схеме Барлея, второе — по схеме для измерения
асимметрии, третье — по схеме измерения сопротивления шлейфа.
При этом отношения плеч должны оставаться без изменений. У’равнове-
205
шивают мост при каждом измерении и составляют следующие уравне-
ния, соответствующие равновесию моста:
1-е измерение
(^01 + r2 + Rx) = Rb (rl + Rl + Ri — Rx)’,
2-е измерение
Ra (R02 + "Ь ^г) = Ro (Г1 + Rl)'t
3-е измерение
Ra = + гг) = (ri + + Ri)‘
Решая сов,местно эти уравнения, сначала вычисляют Rx, затем
R2-Rx
__ /''аЦ'оя ^о|) д) (^oi —
Х А’а + «б ' 2 * Яа + Яб
Поделив второе выражение на первое и учитывая, что
Ra—Rx l-lx
Rx lx '
получают формулу (63) для определения расстояния до места повреж-
дения
I Rga—°oi 1
Х Raa~Rai
(63)
В этой формуле I — длина поврежденной жилы кабеля.
Следовательно, для определения расстояния до места повреждения
необходимо выполнить три измерения. Уравновесив мост, при каждом
измерении получают соответственно три величины сопротивления пле-
ча сравнения /?01, /?()2, Подставляя их в формулу (63), вычисляют
расстояние до места повреждения.
Напряжение батареи Е при первом измерении должно быть 100—
500 В в зависимости от переходного сопротивления и чувствительности
гальванометра в мостовой схеме. При последующих измерениях на-
пряжение снижают до 4—10 В.
Если при первом или втором измерении мост не уравновешивается,
то между исправной жилой Rr и прибором необходимо включить доба-
вочный резистор с сопротивлением около 50—200 Ом, которое ос-
тается включенным при всех измерениях.
Рис. 161. Определение расстояния до места
повреждения м_етодом трех измерений
Рассмотренный мостовой
метод измерений, так же как
и методы измерений, изло-
женные в предыдущем пара-
графе, обеспечивает точность
определения расстояния до
места повреждения, не превы-
шающую 0,5% длины изме-
ряемого участка линии. При
измерении исключается влия-
ние соединительных проводов
и гг, что является преиму-
ществом данного метода.
206
§ 104. МЕТОД ХОЛОСТОГО ХОДА И КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
(МЕТОД БЛАВЬЕ)
Метод двух измерений мовтом в постоян-
ным отношением плеч (метод Блавье) применяют при оп-
ределении места повреждения изоляции всех жил кабеля при величи-
не переходного сопротивления от 0 до 10—20 кОм.Схема измерений
приведена на рис. 162, а. Напряжение батареи Е равно 4—10 В. Изме-
ряемые жилы должны иметь одинаковые диаметры, материал и длины
Первое измерение производят при короткозамкнутых жилах на
станции Б. Уравновешивают моет. Условие равновесия моста следую-
щее:
Rai ^о.к.з — ^61 2/?я +
2Ru(Rn, + Rn 2) -
+ R„_, -F
откуда получают
/?и.я^^/?о.к.я = 2/?я +
Кб.
2^у 2)
2Pw-t- Rn_ . + Rn_2
(64)
где R„ „— сопротивление, измеренное при коротком замыкании
жил;
Ro.K.a — показание плеча сравнения уравновешенного моста
при коротком замыкании жил:
р
—з — отношение плеч моста при первом измерении.
“б1 ‘
Перед вторым измерением размыкают жилы на станции Б, а затем
уравновешивают мост. Условие равновесия следующее;
^а2^о.х.х = 2/?д+ ( 4"Rn —2>
откуда получают
Rxx=4^Ro.x.x = 2Rx+R,1_-+/?„_2> (65)
<<б
где Rx х — сопротивление шлейфа поврежденных жил, разомкнутых
на конце;
Ro.x х — сопротивление плеча сравнения уравновешенного моста;
р
—отношение плеч моста при втором измерении.
Решая уравнения (64) и (65), определяют значение
Rs = ^-4-HR1n-RK.B)(Rx.x-RK.3) •
Учитывая, что ^ = ^-, и произведя подстановку Rx. получают
формулу для определения расстояния до места повреждения жил ка-
беля
zx= (Rm-R«.3)(Rx.x-RK.3) ]L. (66)
|_ АЦ] АШ
207
Рис. 162. Схемы измерений методом холостого хода я корот-
кого замыкания
В формулу (66) входит значение сопротивления исправного шлей-
фа Rm, равное сопротивлению двух измеряемых жил 2/?. Ее берут из
ведомостей периодичееких измерений или из паспорта кабеля и приво-
дят к температуре, при которой производились измерения
Значения сопротивлений RH3 и вычисляют по результатам
первого и второго измерений:
^•к.з ~ ^о.к.в^к.з» ^х.х ^о.х.х^х.х-
Подставив эти значения в формулу (66), находят расстояние до мес-
та повреждения жил кабеля. Погрешность в определении расстояния
этим методом при многократных измерениях не превышает 1—2% дли-
ны измеряемой линии.
Следует отметить, что рассмотренный метод измеренийочень чувст-
вителен к токам помех, что является его недостатком.
Расстояние до места повреждения изоляции жил кабеля можно оп-
ределить также методом двух измерений мостом
с переменным отношением плеч (методом Купф-
мюллера). При этом упрощаются вычисления измеряемых величин.
Поврежденную пару жил кабеля на станции А присоединяют к за-
жимам моста Л1-Л2 (рис. 162,6). Батарею Е напряжением 100—500 В
подключают к мосту через добавочный резистор /?д.
Уравновесив моет подбором сопротивления резистора Ra (измене-
нием отношения плеч Ra/R0) в описанной ранее последовательности,
определяют полученное отношение плеч npi первом ₽а^о.к.в —
= Мк- и втором Ra/R0.x.-x. ~ измерениях. Расстояние до мес-
та повреждения вычисляют по формуле
I '(^х.х—Мк.а) 21
(Wj,x— 1) (Wk.84* I)
Точность результатов зависит от переходных сопротивлений
/?п-1 и Rn-г (ем- рис. 162, а) в месте повреждения изоляции кабеля и от
токов помех. Этот метод можно применять в случае, когда переходное
сопротивление в месте повреждения имеет величину от 60 кОм до 50
МОм.
208
Чтобы уменьшить мешающие влияния, для измерений следует вы-
бирать такие жилы кабеля, отношение сопротивления изоляции кото-
рых имеет возможно большее значение (порядка 20 и более).
Измерения проводятся многократно, причем каждый раз меняют по-
лярность батареи, питающей схему. В этом случае погрешность, с ко-
торой определяется расстояние, не превышает 1 % длины измеряемой
линии. Если же R„-JRn-2 < 20, то погрешность может достигать 2%.
§ 105. МЕТОДЫ ДВУСТОРОННИХ ИЗМЕРЕНИЙ
(КУЛЕШОВА И ПАРИКОЖКО)
Д)етод двусторонних измерений сопротивления шлейфа повреж-
денных жил (метод Кулешова) используют при переходных сопротив-
лениях от 0 до 20 кОм. Схемы измерений приведены на рис. 163. Изме-
ряемые жилы должны иметь одинаковые сопротивления и длины.
Напряжение батареи Е должно быть около 4—10В.
Первое измерение выполняют со станции А. При этом на станции
Б измеряемые жилы замыкают накоротко Второе измерение произво-
дят со станции Б. Измерительные мосты должны быть одинаковых ти-
пов. Уравновесив моет, определяют сопротивление шлейфа, измерен-
ное со станции A, Ra — ROI\N а, где /?пЛ — показание пле-
ча сравнения; /УЛ — отношение плеч Аналогично вычисляют
сопротивление шлейфа, измеренное со станции Б; Rb = Rob Nb-
Затем вычисляют расстояние до места повреждения по формуле
I R* (R^~Rb)
Кш (RА ~ ^в)
г /?д )
(67)
Формула (67) получена путем совместного решения равенств, вы-
текающих из условия равновесия моста при первом и втором измере-
ниях. Вывод ее похож на
выводы конечных формул
предыдущих методов изме-
рений
Величину /<ш сопротивле-
ния исправного шлейфа жил
берут с учетом указаний, от-
носящихся к методу измере-
ний по схеме, приведенной на
рис. 162, а. Если в результате
измерений окажется, что со-
противления шлейфов по-
врежденных жил, измеренные
со станций А и Б, равны
между собой, то, значит, по-
вреждение находится на сере-
дине измеряемого участка.
Рис. 163.- Схемы измерений методом Куле-
шова
209
Рис. 164. Схемы измерений методом Пари-
кожко
Метод Кулешова по
сравнению с методом
Блавье менее чувствите-
лен к токам помех, что
является его преимущест-
вом. Погрешность в опре-
делении расстояния этим
методом при многократных
имерениях не превышает
1 —1,5% длины измеряе-
мой линии.
Метод д в у в то-
рон н и х измере-
ний шлейфа по-
врежденных жил
мостом с пере-
менным отноше-
применяют для определения
нием плеч (метод Парикожко)
места повреждения всех жил в кабеле при величинах переходного со-
противления в месте повреждения от 10 кОм до 50 МОм.
Схемы измерений приведены на рис. 164. Батарею Е напряжением
100—500 В включают последовательно через добавочный резистор
Одно измерение производят со станции А. При этом измеряемые
жилы на станции Б замыкают накоротко. Уравновесив моет, отмечают
отношение
R
RqA
где Ra — постоянное сопротивление в плече моста;
Roa — сопротивление в плече сравнения при измерении со станции
А.
Аналогично измеряют шлейф со станции Б и записывают отноше-
ние показаний сопротивлений в плечах моста
=RSt/RoB.
Измерительные мосты на станциях А и Б должны быть одинаковых
типов. Расстояние до .места повреждения
z _(^В-1)(^д+ I) L
’ 2(УАЛ/Б-1)
(68)
Замечания, относящиеся к выводу формулы (67), также относятся и
к выводу формулы (68). Точность определения расстояния до места по-
вреждения зависит от соотношения переходных сопротивлений по-
врежденных жил и не превышает 0,5—1% длины измеряемой линии.
Равноценным описанному является метод измерений при помощи мос-
та с постоянным отношением плеч (метод Варлея).
210
§ 106. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТА ПОВРЕЖДЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ
КОАКСИАЛЬНОГО КАБЕЛЯ
При определении места повреждения изоляции коаксиального ка-
беля наиболее удобен метод трех измерений мостом с постоянным от-
ношением плеч (рис. 165). В качестве исправного провода при измере-
ниях используют параллельно соединенные между собой три или четы-
ре исправные жилы, взятые из четверок или симметричных пар. На
станции А эти жилы при помощи соединительного проводника под-
ключают к измерительному мосту, а на станции Б соединяют с по-
врежденной внутренней жилой коаксиального кабеля.
Рис. 165. Схема измерения при определении ме-
ста повреждения коаксиального кабеля
Условия измерений, процесс уравновешивания моста и методика оп-
ределения расстояния до места повреждения методом трех измерений
описаны в § 103. Они остаются такими же и при измерениях коаксиаль-
ного кабеля, только отношение плеч /?а//?б в данном случае должно
быть равным единице и одинаковым при всех трех измерениях.
§ 107. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАССТОЯНИЯ
ДО МЕСТА ОБРЫВА ЖИЛ В КАБЕЛЕ
Расстояние до места обрыва жил в кабеле можно определить бал-
листическим методом (см. рис. 150, б). При этом величина сопротив-
ления изоляции оборванных жил должна быть высокой (150—
200 МОм и выше). Измерения производят в соответствии с описани-
ем, помещенным в § 89.
Сначала измеряют емкость исправных жил кабеля на всем участке,
длина которого /0 известна» При этом, замечают отклонение стрелки
гальванометра а0. Затем к схеме присоединяют оборванную пару жил
и снова измеряют емкость, замечая при этом отклонение ах стрелки
гальванометра.
Расстояние до места обрыва жил вычисляют по формуле
с=—
“о
211
Станция л Станция 5
Рис. 166. Схема измерения мостом на перемен-
ном токе при определении расстояния до места
обрыва жилы в кабеле
Если гальванометр градуирован в единицах емкости, то при каж-
дом измерении записывают значения емкостей Со и Сх. Рааатояние до
места обрыва жил в этом случае определяют по формуле
В технике электрических измерений кабельных линий при опреде-
лении расстояния до места обрыва жил также широко используют мос-
товые методы измерений
Осема измерения с питанием моста переменным током приведена на
рис. 166. К измерительному мосту на станции А подключают обор-
ванную и исправную жилы, которые на станции Б замыкают накорот-
ко. В качестве индикатора равновесия моста используют телефон Тф.
Мост питают от источника переменного тока Г с частотой 800 Гц (лам-
повый или полупроводниковый зуммер или генератор). Мост уравно-
вешивают, изменяя сопротивление резистора /?0 в плече сравнения
моста до получения острого минимума звука в телефоне.
Уравнение равновесия моста имеет следующий вид:
о 1 _ о
i (CtA-cu) ° jtoCx
откуда
Учитывая, что
можно написать
rb _£о+£у
В о
емкости жил кабеля пропорциональны их длинам»
(69)
с«+су __ IM-lx
Сх 1х
Подставив эти данные в равенство (69) и решая его относительно
1Х, получают формулу для определения расстояния до места поврежде-
ния
/ = 2/?0 /
А Яо-|-Яа °’
(70)
212
Рис. 167. Определение расстояния до места об-
рыва жилы в кабеле пульсирующим током
Следовательно, для определения места обрыва жил в кабеле необ-
ходимо уравновесить мост и зафиксировать величины Ra и /?п. Под-
ставив их в формулу (70), определяют 1Х.
Если при измерении добиться острого минимума звука в телефоне
не удается, то перед поврежденной жилой необходимо включить после-
довательно переменный резистор с величиной сопротивления около
100—200 Ом и после этого уравновесить мост.
Схема измерения емкости жил кабеля пульсирующим током при
определении места обрыва жилы приведена на рис. 167. Эту схему
используют для измерений кабельных линий большой длины. По-
врежденную и исправную жилы (желательно одной и той же пары) под-
ключают к измерительному мосту на станции А. На станции Б эти
жилы замыкают накоротко.' Батарею Е напряжением 100—300 В
присоединяют к схеме последовательно с добавочным резистором.
Перед измерением сопротивление резистора Ru устанавливают рав-
ным сопротивлению в плече Ra. Затем ключом К замыкают цепь бата-
реи Е При этом через гальванометр потечет ток, обусловленный не-
равенством емкостей Сх (емкость жилы до места обрыва) и С„ -ф
(емкость остальной части шлейфа). Стрелка гальванометра при этом
отклонится от нулевого положения. Когда стрелка снова остановится
на нуле, к схеме ключом К подключают «землю». При этом указан-
ные выше емкости разряжаются на «землю», и стрелка гальванометра
снова отклонится от нуля, но в противоположную сторону. Когда стрел-
ка займет свое начальное положение, несколько уменьшают величину
сопротивления резистора /?„ и ключом /< повторяют описанные мани-
пуляции. Так поступают и далее, уменьшая каждый раз сопротивле-
ние резистора Ru до тех пор, пока стрелка перестанет отклоняться в од-
ну и другую стороны при заряде и разряде емкостей жил кабеля
(Сх и Сп -ф Су). Уравновесив мост, фиксируют значения сопротивле-
ний R., и Ru. Расстояние до места повреждения
213
Иногда при измерении на длинных кабельных линиях не удается
получить острой настройки моста. В этих случаях последовательно о
оборванной жилой необходимо включить резистор с сопротивлением
около 1000 Ом. Его значение на результат измерений не влияет.
Кроме этого, следует иметь в виду, что при измерениях пульсирующим
током необходимо содержать в чистоте контакты ключа К для того,
чтобы отклонения стрелки гальванометра были одинаковыми при заря-
де и разряде емкости жил кабеля.
Рассмотренные мостовые методы измерений дают возможность оп-
ределить расстояние до места повреждения с погрешностью, не пре-
вышающей 0,5% длины кабельной линии.
Глава 15
ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗАЗЕМЛЕНИЙ
§ 108. СОПРОТИВЛЕНИЕ ЗАЗЕМЛЕНИЯ
И ОСОБЕННОСТИ ЕГО ИЗМЕРЕНИЯ
В устройствах связи, автоматики и телемеханики, а также в раз-
личных других электротехнических установках железнодорожного
транспорта применяют рабочие, защитные и вспомогательные заземле-
ния. Рабочие заземления предназначены для использо-
вания «земли» в качестве обратного провода, защитные — для
защиты людей, обслуживающих электроустановки, от поражения
электрическим током при повреждении изоляции, а также для защи-
ты линий, приборов и аппаратуры от опасных напряжений и электри-
ческих помех. Вспомогательные заземления используются при различ-
Рис. 168. Распределение падения на-
пряжения между двумя заземле-
ниями
пых электрических измерениях и
называются и з м е р и т е л ь н ы-
м и заземлениями.
Сопротивление заземления со-
стоит из сопротивления электрода-
заземлителя, провода, соединяюще-
го заземлитель с аппаратурой, пе-
реходного контакта между заземли-
телем и грунтом, сопротивления
грунта, окружающего заземлитель.
Прохождение тока в земле меж-
ду двумя одиночными электродами-
заземлителями А и Г, размещен-
ными на значительном расстоянии
друг от друга, можно представить
по рис. 168,а. Земля между элект-
родами А и Г является объемным
проводником. Электрический ток от
214
источника U, проходя через заземлитель А, на пути к заземлителю /'
растекается в грунте в пределах зоны АБ, в которой наблюдается за
меткое падение напряжения*вследствие прохождения тока. По мерс
удаления от электрода А падение напряжения на единицу длины, из-
меряемое вольтметром V, уменьшается и на расстоянии более 20 м от
заземлителя ток проходит в таком большом объеме земли (участок БВ.
рис. 168, б), что его плотность, сопротивление земли и падение напря-
жения на единицу длины на этом участке практически равняются нулю.
Па этом участке, называемом зоной нулевого п о т е в ц и а-
л а, вольтметр V не покажет изменения напряжения. Зона, в которой
наблюдается падение напряжения, называется зоной р а с те к а
н и я, или зоной тока в земле, и обычно не превышает
20 м.
После прохождения участка БВ электрический ток входит в зазем-
литель Г, проходя зону растекания ВГ, в которой он встречает сопро-
тивление, и вольтметр снова покажет изменение (увеличение) падения
напряжения.
Таким образом, при измерении напряжения между двумя заземли-
телями можно видеть, что напряжение заметно изменяется в пределах
зон растекания (рис. 168, в), которые представляют собой сопро-
тивление заземлений. Учитывая это, отдельные заземле-
ния должны быть расположены друг от друга на расстоянии, превы-
шающем длину двух зон растек’ания.
Расстояние заземлителя от путей электрифицированных железных
дорог должны быть не менее 200 м.
Сопротивление грунта зависит от его состава и влажности, оказы-
вающей основное влияние на величину сопротивления заземления. Так
как состояние грунта в течение года изменяется (летом грунт высыхает,
а зимой промерзает), сопротивление заземлений также может изменять-
ся. Для проверки состояния заземлений периодически измеряют их
сопротивление.
Сопротивление заземлений необходимо измерять сразу после их
устройства, для того чтобы убедиться в соответствии величины сопро-
тивления нормам, установленным ГОСТ 464—68. Кроме того, измере-
ния должны производиться 2 раза в год в наиболее неблагоприятное
время: летом при наибольшем просыхании и зимой при наибольшем
промерзании грунта.
Ввиду того что в грунте имеются различные растворы солей и кйслот,
при измерении сопротивлений заземлений постоянным током может
произойти химическая реакция, в результате которой на электроде-за-
землителе образуется пленка из молекул газа (чаще всего водорода),
ухудшающая контакт между электродом и грунтом. Это явление назы-
вается поляризацией. Для устранения поляризации и влия-
ния блуждающих токов сопротивление заземлений измеряют на пере-
менном токе, используя соответствующие методы измерений и измери-
тельные приборы. При этом, кроме измеряемого заземления, должны
•быть два вспомогательных заземлителя, величины сопротивления ко-
торых не должны оказывать влияния на результаты измерений.
215
§109. ЗНАЧЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗАЗЕМЛЕНИИ
В РАБОТЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ АВТОМАТИКИ,
• ТЕЛЕМЕХАНИКИ, СВЯЗИ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ
Сопротивление заземлений имеет большое значение в обеспечении
нормальной работы различных электротехнических устройств, при-
меняющихся на железнодорожном транспорте.
Электрическое сопротивление заземления зачастую определяет
качество работы установки. Это особенно ощутимо в устройствах ав-
томатики и телемеханики, где заземление используется в качестве об-
ратного провода. Увеличение сопротивления заземления в этом слу-
чае может привести к нечеткой работе или нарушению нормального
действия электротехнических устройств, часто связанных с обеспе-
чением безопасности движения или с организацией движения поездов.
В устройствах железнодорожной связи и сигнализации ряд при-
боров, оболочек кабелей, экранов шнуров и экранов аппаратов обя-
зательно должен заземляться для защиты устройств от мешающих или
опасных влияний на них других электротехнических сооружений.
Защита линий связи, электропередачи, автоблокировки требует
наличия надежных заземлений, сопротивление которых не должно пре-
вышать определенного значения, так как это может привести не только
к нарушению работы устройств, но также может представлять опас-
ность для жизни персонала, обслуживающего электротехнические
устройства. Для защиты людей от поражения электрическим током
при повреждениях изоляции корпуса электрических приемников
обязательно заземляются и сопротивление этих заземлений должно
не превышать нормы.
Поэтому для обеспечения нормальной работы электротехничес-
ких сооружений и соблюдения требований правил техники безопас-
ности заземления должны содержаться в образцовом исправном со-
стоянии, т. е. их электрическое сопротивление должно соответство-
вать техническим условиям и периодически контролироваться путем
электрических измерений.
§ ПО. ДОПУСТИМЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗАЗЕМЛЕНИЙ
В зависимости от назначения заземления и от рода грунта величи-
на сопротивления заземления не должна превышать значения, уста-
новленного ГОСТ 464—68. Соответствие сопротивления заземления
указанным требованиям проверяют периодическими измерениями.
При этом используют вспомогательные или специально оборудован-
ные измерительные заземления, величина сопротивления которых
не должна превышать 100 Ом.
Для телеграфных станций зависимость сопротивления рабочего за-
земления от количества телеграфных цепей приведена ниже.
Число телеграфных цепей . . До 5 6—10 11—20 21—50 51 и
Сопротивление рабочего зазем- более
ления не более, Ом ' ... 20 10 5 3 2
216
Если к рабочему заземлению подключен разрядник ИР-3 каскад-
ной защиты, то сопротивление рабочего заземления должно быть не
более 5 Ом независимо от количества проводов.
Для междугородных телефонных станций, использующих «землю»
в качестве обратного провода, в зависимости от числа соединительных
линий сопротивление рабочего заземления может быть в пределах от
0,5 (при количестве линий более 1000) до 30 Ом (при количестве ли-
ний до 25).
На ручных (РТС) и автоматических (АТС) телефонных станциях с
центральной батареей, имеющих соединительные линии с использова-
нием «земли» в качестве обратного провода, сопротивление рабочего
заземления должно быть от 0,5 (если число соединительных линий пре-
вышает 1000) до 25 Ом (при количестве соединительных линий до 25).
Сопротивления заземлений для молниеотводов, устанавливаемых
на опорах воздушных линий связи, автоматики и телемеханики, за-
висят от удельного сопротивления грунта и не должны превышать зна-
чений, указанных ниже.
Удельное сопротивление грунта,
Ом м.....................’ . ’
Сопротивление заземления не бо-
лее, Ом ..........
До 101—300 301—500 Более 500
100
30 45 55 75
Сопротивление рабочих заземлений для независимо действующих
устройств автоматики и телемеханики, для различных сигнализаци-
онных установок, а также линейных заземлений силовых опор не
должно превышать 10 Ом. Такое же требование предъявляется и к
защитным заземлениям для устройств автоматики и телемеханики.
Сопротивление защитных заземлений промежуточных пунктов
избирательной железнодорожной связи в зависимости от удельного
сопротивления грунта допускается от 15 до 45 Ом.
Удельное сопротивление грун-
та, Ом м..................До 100 101—300 301—500 Более
Сопротивление заземления не 500
более, Ом............... 15 25 35 45
Сопротивление защитного заземления, к которому присоединяются
каркасы щитов, станины различных установок и оборудования, ко-
жуха оборудования, кожуха трансформаторов и выпрямителей и дру-
гие подобные объекты, должно быть не более 10 Ом при мощности за-
земляемого оборудования до 100 кВ-А, если же мощность превышает
100 кВ-А, сопротивление защитного заземления не должно превышать
4 Ом.
Сопротивление заземлений всех типов опор линии электропереда-
чи напряжением выше 1000 В при токах промышленной частоты в лет-
нее время должны быть не более следующих величин.
Удельное сопротивление
гоунта Ом• м До 10- От 10- до От 5-10- до Более
ру ’ ' ’ 5-102 10102 Ю IO2
Сопротивление заземле-
ния не более, О.м . , До 10 До 15 До 20 До 30
В электроустановках напряжением свыше 1000 В в большими тока-
ми замыкания на землю, к числу которых относятся устройства элект-
ротяговых подстанций, сопротивление заземляющих устройств сог-
ласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ) в любое время
года не должно быть более 0,5 Ом.
В электроустановках с глухим заземлением найтрали напряже-
нием до 1000 В сопротивление заземляющего устройства, к которому
присоединены нейтрали генераторов и трансформаторов, не должно
быть более 4 Ом.
Если мощность присоединяемых объектов составляет 100 кВ-А
и меньше, то заземляющее устройство может иметь сопротивление
не более 10 Ом. Такие же значения сопротивлений заземляющих
устройств допускаются в электроустановках напряжением до 1000 В
с изолированной нейтралью. -Во всех остальных случаях сопротив-
ления заземлений определяются Правилами устройства электроуста-
новок (ПУЭ) или ГОСТ 464—68.
§ 111. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗАЗЕМЛЕНИЙ
Метод ампер метра-в ольт метра является наиболее
простым и основан на законе Ома. При измерении источник тока—
генератор Г (рис. 169, а) соединяют последовательно с миллиампер-
метром mA и присоединяют к измеряемому Rx и вспомогательному
/?веп заземлениям. Вольтметр V, измеряющий падение напряжения на
сопротивлении заземления Rx, одним зажимом присоединен к этому
заземлению, а другим — к вспомогательному заземлителю — зонду
Raa. Зонд должен быть установлен за зоной растекания тока измеряе-
мого заземления Rx. Эквивалентная схема измерения приведена на
рис. 169, б.
Значение измеренного сопротивления заземления Rx определяют
по формуле
Rx = С7/,
где U и / — соответственно показания вольтметра и миллиамперметра.
Как следует из эквивалентной схемы, сопротивление вспомогатель-
ного заземления /?всп не влияет на результат измерений, так как оно
включено в токовую цепь схемы.
Рис. 169. Измерение сопротивления заземления
методом амперметра-вольтметра
218
Рис. 170. Измерение сопротивления заземления компенсационным методом
Погрешность измерения Д/?зп вследствие наличия сопротивления
зонда /?31| может быть определена по формуле
дязв= -- 1000/«-
Из формулы следует, что для снижения погрешности необходимо
применять вольтметр с возможно большим внутренним сопротивле-
нием /?в; в этом случае можно пренебречь сопротивление.м зонда
/?зн, последовательно соединенного с вольтметром.
Компенсационный метод измерения сопротивления
заземлений широко используется в практике эксплуатации устройств
связи, автоматики и телемеханики. Схема измерений приведена на
рис. 170, а, а эквивалентная схема — на рис. 170, б. В схеме применя-
ют трансформатор Тр с коэффициентом трансформации 1, в цепь вто-
ричной обмотки которого включен калиброванный переменный рези-
стор Ro. Генератор переменного тока Г (может быть зуммер) включен
одним зажимом в цепь первичной обмотки трансформатора, соединен-
ной с измеряемым заземлением Rx. Второй зажим генератора присое-
динен к вспомогательному заземлителю /?всп. Индикатором в схеме
служит телефон Тф, сопротивление которого не должно превышать
10 Ом. Телефон одним зажимом присоединен к.резистору Ro в точке д,
а другим — к зонду, устанавливаемому за зоной растекания измеря-
емого заземления.
При включении прибора в цепи генератора Г (первичная обмотка
трансформатора, резисторы Rx и Rucn) протекает ток /±. Такой же
по величине ток /2 будет во вторичной цепи. Изменяя положение движ-
ка резистора Ro, можно добиться полного пропадания или резкого
минимума звука в телефоне. Это наступает при равенстве падений на-
пряжений на участках г — д ив — е схемы 1XRX — 12Rq. Но так как
токи /j и /2 равны, точки в и а являются точками одного и того же по-
тенциала, а потенциалы точек д и е равны в результате регулировки
схемы, следовательно, измеряемое сопротивление Rx — Ro.
Сопротивление вспомогательного заземления /?всп не влияет на
результат измерений, так как оно включено в токовую цепь. Сопро-
тивление зонда R3H также не оказывает влияния на результат измере-
ний, так как оно включено в нулевую ветвь д — е.
21,9
§112. ИЗМЕРИТЕЛЬ ЗАЗЕМЛЕНИЙ ТИПА МС-08
Прибор МС-08 предназначен для измерения сопротивления зазем-
лений. Его можно использовать также для измерения удельного со-
противления грунта и измерения сопротивления проводников. При-
бор имеет три предела измерения: от 0 до 1000 Ом, от 0 до 100 и от
0 до 10 Ом. Рабочая часть шкалы на указанных пределах начинается
соответственно с 10, 1 и 0,1 Ом. Наибольшая погрешность измерений
на цифровых отметках шкалы не превышает ± 1,5% длины ее рабо-
чей части. Упрощенная схема измерителя заземлений приведена на
рис. 171, а. Принцип действия прибора основан на использовании ме-
тода амперметра-вольтметра (см. рис. 169, а).
В измерителе заземлений МС-08 применен логометрический из-
мерительный прибор магнитоэлектрической системы. Одна из его
рамок МР включена в токовую цепь схемы (см. рис. 171, а) последо-
вательно с источником тока ИТ, а другая БР — с последовательно
включенным резистором Ro, выполняющая роль вольтметра, присое-
динена к измеряемому заземлению и вспомогательному заземлителю-
зонду /?31!.
При измерении в цепи сопротивления Rx проходит ток /г создавая
на нем падение напряжения TRX. Под этим напряжением находится
цепь рамки БР. Ток /2, обтекающий эту рамку, обладающую сопро-
тивлением R-lt будет
Как известно [см. § 47 формула (35)1, угол поворота подвижной
части логометра а = F Подставив в это выражение значение
тока /.,, определяют угол поворота а подвижной части логометра при
данном измерении
где R = Rn + Ro + R3h — сопротивление, при котором выполнена
градуировка шкалы прибора.
Рис. 171, Измерение сопротивления заземлений прибором МС-08
220’
Из полученного выражения следует, что при постоянном значе-
нии сопротивления R угол поворота подвижной части прибора зави-
сит от измеряемого сопротивления заземления Rx.
Для того чтобы сопротивление R оставалось неизменным при раз-
личных сопротивлениях зонда Raa, последовательно в цепь рамки вклю-
чен переменный резистор Ro. Регулировкой сопротивления этого ре-
зистора перед каждым измерением обеспечивается постоянство сопро-
тивления R, что контролируется по отклонению стрелки прибора до
условной (красной) отметки шкалы.
Источником тока в приборе МС-08 служит генератор постоянного
тока с ручным приводом через редуктор. Для измерения сопротивле-
ния заземления должен применяться переменный ток, а магнитоэлект-
рический логометр может работать в цепи постоянного тока, поэтому
на валу генератора установлены два коммутатора KJ и К2 (рис. 171, б).
Они вращаются синхронно при вращении ручки генератора. Коммута-
торы служат для преобразования постоянного тока генератора в пере-
менный для внешней измеряемой цепи и, наоборот, переменного тока
внешней цепи в постоянный для цепи логометра. Следовательно, в це-
пи заземлений Rx, R3„, RBC0 протекает переменный ток (на рисунке
цепи показаны пунктиром), благодаря чему исключается влияние
электролиза. В цепи измерительного прибора проходит постоянный
ток. Это и дает возможность использовать в схеме логометрический
измерительный механизм, обладающий высокой чувствительностью.
Применение логометра исключает зависимость показаний прибора от
скорости вращения ручки генератора в довольно широких пределах.
При измерении сопротивления одиночного заземления Rx исполь-
зуют. вспомогательное заземление RBCn и потенциальный зонд R„„.
Их присоединяют к зажимам, расположенным на вертикальной боко-
вой стенке пластмассового корпуса прибора (рис. 172, а). После этого
уравновешивают потенциальную цепь регулировкой включенного в
нее сопротивления резистора Rn до значения, при котором был отгра-
дуирован прибор. Для этого переключатель П устанавливают в поло-
Рис. 172. Подключение измеряемых сопротивлений к при-
бору МС-08

221
жение регулировки и вращают ручку индуктора со скоростью при-
мерно 135 об/мин. Одновременно, вращая ручку Р, регулируют вели-
чину сопротивления резистора Ro, добиваясь установки стрелки при-
бора на красной отметку шкалы (переключатель П на схеме рис. 171
не показан).
Отрегулировав прибор, переключатель устанавливают на требуе-
мый предел измерения и, вращая ручку генератора, производят от-
счет величины измеряемого сопротивления по шкале при установив-
шемся положении стрелки. Если же при измерении проявляется влия-
ние блуждающих токов и стрелка заметно колеблется, необходимо
изменить число оборотов ручки генератора в ту или иную сторону до
устойчивого положения стрелки.
В ряде случаев перед устройством заземления, а также при необ-
ходимости определения агрессивности грунтов вдоль трассы кабеля,
что связано с определением мер защиты его от коррозии, измеряют
удельное сопротивление грунта. Под этим опреде-
лением понимают сопротивление между двумя противоположными сто-
ронами куба грунта, имеющего грани длиной 1 м. Удельное сопро-
тивление р выражают в омах на метр или омах на сантиметр.
Для измерения удельного сопротивления грунта в «землю» заби-
вают электрод — стальную трубку или стержень известных размеров
на заданную глубину (обычно больше глубины промерзания). Заби-
тый электрод присоединяют к соединенным перемычкой зажимам /, и
Ер Вспомогательные электроды соединяют так же, как и при преды-
дущем измерении. Регулируют прибор и измеряют сопротивление в
описанном выше порядке. Удельное сопротивление грунта опреде-
ляют по формуле
р = 2,73
где R — показания измерителя, Ом;
I — глубина забивки электрода, см;
d — диаметр электрода, см.
Измерение сопротивления проводников в пределах от 0,1 до 1000 Ом
производят в таком порядке, как и измерение сопротивления заземле-
ний. Зажимы /1 и Ег замыкают перемычкой между собой, то же делают
и с зажимами /2 и Е2. Измеряемое сопротивление присоединяют к при-
бору, как показано на рис. 172, б. При измерении малых сопротивле-
ний перемычки с зажимов снимают и соединяют их с измеряемым со-
противлением: отдельно токовую и потенциальную цепи (рис. 172, в).
Благодаря такому включению снижается погрешность при измере-
нии за счет переходного сопротивления в контактах.
§ 113. ИЗМЕРИТЕЛЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗАЗЕМЛЕНИЙ ТИПА М416
Прибор М416 предназначен для измерения сопротивления раз-
личных видов заземляющих устройств автоматики, телемеханики, ра-
дио и проводной связи и энергосистем. Этим прибором можно также
222
измерять активное сопротивление и удельное сопротивление грунта.
Предел измерения прибора от 0,1 до 1000 Ом разделен на четыре под-
диапазона. Основная погрешность прибора на оцифрованных отмет-
ках ((V) шкалы в зависимости от сопротивления вспомогательного
заземления и зонда не превышает ±[5 + — 1)]% измеряемой ве-
*'Х
личины.
Принцип действия прибора основан на компенсационном методе
измерения. Его принципиальная схема (рис. 173, а) состоит из трех
основных функциональных узлов: источника постоянного напряже-
ния, преобразователя постоянного тока в переменный (генератора)
и измерительного устройства.
Источником постоянного тока служит батарея
из трех сухих элементов напряжением 4,5 В. Потребляемый прибором
ток не превышает 90 мА. Один комплект сухих элементов обеспечива-
ет на менее 1000 измерений. Батарея питает преобразователь (гене-
ратор) и усилитель измерительного устройства.
Для питания измерительных цепей используется переменный ток.
Его получают с помощью преобразователя постоян-
ного тока в п е р е м е н н ы й. Он выполнен по схеме сим-
метричного мультивибратора на транзисторах ТЗ — Тб. Для согла-
сования выхода мультивибратора с измерительной схемой применен
трансформатор Тр2. Напряжение, снимаемое с обмотки /// этого
трансформатора, используется в качестве опорного напряжения для
фазового детектора.
В измерительное устройство входят: транс-
форматор Тр1, реохорд R1, шунтирующие реохорд резисторы R2 —
R4, переключатель П1 и усилитель указателя компенсации. Ре-
зистор R11 служит для контроля исправности прибора.
Усилитель обеспечивает повышение чувствительности указателя
компенсации, в качестве которого применен микроамперметр ИП
магнитоэлектрической системы, подключенный к выходу усилители
через фазочувствительный синхронный детектор (диоды ДЗ и Д4>
Благодаря такому включению обеспечивается зависимость полярности
выпрямленного напряжения от фазы первой гармоники выпрямлен-
ного напряжения.
Усилитель выполнен па транзисторах Т1 и Т2, включенных по
схеме с общим эмиттером. Работа усилителя возможна в широком ди-
апазоне температур, что достигается благодаря применению цепей
термокомпенсации (R5, Д1 и R10, Д2). На входе усилителя включен
фильтр (конденсатор С1, дроссель ДрГ), устраняющий влияние блуж-
дающих переменных токов промышленной частоты на результат из-
мерений.
При измерении (при включенном приборе по схеме рис. 173, а)
переменный ток /, индуктированный во вторичной обмотке /I транс-
форматора Тр2, через зажимы 1 и 4 протекает в цепи измеряемого за-
земления первичной обмотки I трансформатора Тр1 и вспомогатель-
ного заземления. Вторичная обмотка // трансформатора Тр1 подклю-
чена к калиброванному резистору R1 (реохорду) и одному из резисто-
223
ров R2,'R3 или R4 в зависимости от положения переключателя Z7,
изменяющего предел измерения. При этом создается цепь тока /2 через
резистор R1. Схема обеспечивает равенство токов Ц — /2. Поэтому
перемещение подвижного контакта К по реохорду R1 приводит к изме-
нению величины напряжения между движком реохорда и зажимом 3,
соединенным с зондом. Разностное напряжение подается на вход уси-
лителя и через детектор на индикатор ИП. Момент компенсации насту-
пает при таком положении контакта К, при котором падение напряже-
ния на сопротивлении резистора до контакта К будет равно падению
напряжения на измеряемом сопротивлении (на зажимах 2 и 5). При
этом стрелка индикатора ИП установится на нулевой отметке шкалы,
а величина измеренного сопротивления будет указана на шкале калиб-
рованного реохорда R1.
б)
Рис. 173. Измеритель сопротивления
заземлений М416
224
Рис. 174. Включение приборов при измерении сопротивления:
о — одиночного заземлителя; б — сложного контура
Прибор М416 оформлен в пластмассовом корпусе с откидной крыш-
кой, на внутренней стороне которой помещена краткая инструкция по
применению прибора.
С левой стороны лицевой горизонтальной панели (рис. 173, б) рас-
положен индикатор ИП, в верхней части которого находится шкала
реохорда, управляемая ручкой «Реохорд». В левом нижнем углу ус-
тановлена кнопка Кн включения питания.
С оравой стороны расположена ручка переключателя П, а над
ней установлены зажимы для подключения измеряемой и вспомога-
тельной цепей.
Измеряемое заземление соединяют с зажимом 1. К зажимам 3 и 4
присоединяют соответственно зонд и вспомогательный заземлитель.
Л1ежду зажимами / и 2 ставят перемычку (рис. 174, а). Если ожидае-
мая величина сопротивления' меньше 1 Ом, го перемычка не нужна
В этом случае зажим 2 соединяют отдельным проводом с измеряемым
заземлением.
Расстояние между измеряемым заземлением и зондом должно
быть не менее 20 м, а между зондом и вспомогательным зазем
лением — не менее Юм. В случае измерения сложных заземлений в
виде контура расстояние от точки присоединения к контуру до зонда
должно превышать в 5 раз длину наибольшей диагонали контура, а
между зондом и вспомогательным заземлителем должно быть не ме-
нее 20 м (см. рис. 174, б).
Подключив к прибору измеряемое и вспомогательное заземления,
переключатель устанавливают г положение «X 1» и. нажав кнопку,
вращают ручку «Реохорд», добиваясь максимального приближения
стрелки индикатора к нулю. Резу ьтат измерения определяют, пере-
множая показания по шкале реохорда на множитель предела изме-
рения.
Если измеряемое сопротивленние превышает 10 Ом, необходимо
увеличить предел измерения.
Измерение активных сопротивлений и удельного сопротивления
грунта производят так же, как и измерения предыдущим при
бором.
8 Зак 1970
22j
Глава 16
ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ ПОСТОЯННЫМ ТОКОМ
ЛИНИЙ АВТОМАТИКИ, ТЕЛЕМЕХАНИКИ,
СВЯЗИ И ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
§ 114. ИСПЫТАТЕЛЬ ЛИ41ИП
В линейно-аппаратных цехах (ЛАЦ) для производства контроль-
ных измерений линейных цепей применяют испытатель линий, кото-
рый служит для измерения сопротивления проводов и сопротивления
изоляции линии. Кроме того, им можно измерять напряжение и силу
постоянного тока, а также испытывать предохранители (определять
их асимметрию).
Прибор представляет собой откидную плату (рис. 175), укреплен-
ную на вводно-испытательной стойке. На ее правой половине разме-
щены коммутационные кнопки 6, 7 измерительный прибор 5 испыта-
теля линий, ткала которого проградуирована в омах и килоомах, ключ
10 переключения пределов измерения прибора, ручки 9 и II перемен-
ных резисторов, предназначенных для регулировки пуля испытателя
линий и гнезда 8 для подключения к прибору испытуемой двухпровод-
ной линии.
На левой половине платы находится вольтмиллиамперметр с ну-
лем посередине шкалы для возможности измерения напряжений и то-
ков различной полярности. Он имеет четыре предела измерения:
30—0—30 В; 300—0—300 В; 30—0—30 мА. 300-0—300 мА. Вклю-
чение прибора на требуемый предел измерения производится переклю-
чателем 2. 'Для подключения измеряемых цепей к прибору служат
гнезда /, а для коммутации измеряемой цепи используется ключ 3
На плате испытателя.линий смонтировано устройство для испыта-
ния предохранителей на целость и асимметрию. В него входят два ио-
Рис. 175. Лицевая сторона платы испытателя линий стойки ВИС-59
226
коля 12, в которые вставляют испытуемые предохранители и вольтмил-
лиа.мперметр 4, подключаемый к испытательной схеме переключате-
лем 2.
Измерительный прибор 5 испытателя линий представляет собой
двухпредельный омметр и имеет соответственно две шкалы: для изме-
рения сопротивления от 0 до 10 000 Ом (при напряжении 3 В) и для
измерения сопротивления изоляции от 0 до 10 МОм (при напряжении
200 В). Погрешность измерения па обеих шкалах не превышает 10%.
Для измерения сопротивления шлейфа испытуемую линию под-
ключают к прибору через гнезда 8. Перед измерением обязательно
производят установку нуля прибора 5 Q/Z>Q. Для этого нажимают кноп-
ку «Уст.0» и устанавливают ключ 10 в положение Q. При этом к ом-
метру подключается батарея 3 В (рис. 176, а). Ручкой «Град. Q» регу-
лируют сопротивление резистора R3 до точной установки стрелки при-
бора Q//?Q на нулевой отметке шкалыQ. Затем кнопку «Уст. О» ставят
в начальное положение и нажимают кнопку «А-Б». Создается схема
измерения шлейфа (рис. 176, б), при этом прибор покажет измерен-
ную величину сопротивления шлейфа испытуемой линии. После из-
мерения кнопку «А-Б» и ключ 10 возвращают в исходное положение.
Перед измерением сопротивления изоляции между проводами це-
пи ключ 10 устанавливают в положение </г£2» и нажимают кнопку
«Незаземл. бат. 220 В». При этом к схеме, подобной установке нуля
перед измерением шлейфа (см. рис. 176, а), подключается незаземлен-
ная батарея 220 В. Установку нуля производят регулировкой сопро-
тивления переменного резистора ручкой «Град. feQ» до установки стрел-
ки прибора на нулевую отметку шкалы kQ. Затем нажимают кнопку
«А-Б». Образуется схема измерения сопротивления изоляции (рис.
176, в) и прибор Q/АШ покажет значение измеренного сопротивления,
после чего все коммутирующие элементы устанавливают в исходное
положение.
Для измерения сопротивления изоляции одиночных проводов кноп-
ку «Незаземл. бат. 220 В» оставляют в ненажатом положении. Про-
Рис. 176. Схемы коммутации приборов для измерений испытателем линий
изводят установку нуля прибора так же, как и в предыдущем случае.
Нажимают одну из кнопок «A-земля» и «Б-земля». Создается схема
измерения сопротивления изоляции одиночного провода отн сигель-
но земли (рис. 176, е) с заземленной батареей 220 В. Прибор Q/A1Q по-
кажет величину измеренного сопротивления изоляции одн го из про-
водов. Также измеряют изоляцию второго провода. Закончив г ;.мере-
ния, коммутирующие элементы устанавливают в исходное положение.
С испытателя линий можно подать в сторону любой линии зазем-
ленный шлейф или осуществить изоляцию цепи. Это достигается на-
жатием соответствующей кнопки «Короткое земля» или «Изол.» при
подключенной к прибору линии. ' •
Устройство для испытания предохранителей представляет собой
мостовую схему (рис. 176, д). Испытуемые предохранители включены
в два плеча моста. При установке переключателя 2 (см рис. 175) в по-
ложение -Испыт. пр.» в диагональ 1-3 включается вольтмиллиампер-
метр К .и/l Если при этом отклонение стрелки прибора значитель-
ное, то один из предохранителей оборван. Если предохранители це-
лые, переключатель 2 переводят в положение «Асим. предохр.». При
незначительной асимметрии (не более 0,1 Ом) разбалансировка мосто-
вой схемы также будет незначительной и стрелка прибора будет на-
ходиться в пределах одного деления от центра шкалы Выход стрелки
за указанный предел означает превышение нормы асимметрии.
По окончании измерений ключи 10 и 3 устанавливают в среднем
положении, кнопки 6 и 7 подняты кверху, а измеряемую цепь отклю-
чают от испытателя.
§ 115. УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ МОСТ
ПОСТОЯННОГО ТОКА ТИПА МВУ-49
Одним из распространенных приборов, предназначенных для элект-
рических измерений воздушных и кабельных линий связи, автоматики
и телемеханики, является измерительный мост постоянного тока
МВУ-49. Его применяют при определении расстояния до места по-
вреждения линий любым методом, основанным на использовании мос-
товой схемы с постоянным или переменным отношением плеч. Кроме
того, при помощи моста можно измерять сопротивления величиной
от 10 до 100 000 Ом с погрешностью, не превышающей 0,5'%. При изме- I
рении сопротивлении от 0,001 до 10 Ом и от 100 кОм до 1 МОм пог-
решность не нормирована. Прибор можно попользовать также для из- 1
мерения асимметрии проводов от 1 Ом и более.
Принципиальная схема моста типа МВУ-49 приведена на рис. 177, а.
Плечо сравнения моста состоит из магазина резисторов с четырьмя
декадными переключателями Rl, R2, R3 и R4, при помощи которых
можно установить любое сопротивление от 1 до 10 ПО Ом ступенями
в 1 Ом. Пятый переключатель «Умножить» имеет одиннадцать фикси-
рованных положений. При восьми положениях этого переключателя
в схему моста включаются резисторы, образующие плечи отношения с
определенным значением величины отношения N, указанной на лане-
228
ли моста. При остальных трех положениях переключателя в схеме
включается отдельное плечо отношения М.
Индикатором равновесия служит магнитоэлектрический гальва-
нометр Г в. Для включения его при измерениях предназначены кнопки
«Грубо» и «Точно». Для включения источника питания 1гспользуют
кнопку «Батарея», с помощью которой в положении В можно подклю-
чить внутреннюю батарею из трех гальванических элементов типа
1,6-ФМЦ-У-3,2. В положении Н кнопки «Батарея» к схеме моста может
быть подключена внешняя батарея. Для этого используют зажимы Б.
Зажимы Х-1 и Х-2 предназначены для включения измеряемого
сопротивления Rx. Для коммутации рассмотренных элементов изме-
229
рительного моста при подготовке его к измерениям по соответствую-
щей схеме служат переключатели К/ и К2. Каждый из них имеет три
положения. Переключатель К1 предназначен для переключений галь-
ванометра и может быть установлен в одно из трех положений: ЗП —
при измерении по способу трех проводов; ГВ — внутренний гальва-
нометр; ГН — наружный гальванометр.
Второй переключатель К2 служит для включения моста по опре-
деленной схеме измерения: МП — способ петли; ЗИ — спссоб трех
измерений; ИС — измерение сопротивлений по методу одинарного
моста. Для подключения заземления в схеме моста предусмотрен за-
жим 3. В случае необходимости магазин сопротивлений плеча сравне-
ния моста можно использовать отдельно для различных измерений.
Для подключений предусмотрен зажим /ИС.
Ручки декадных переключателей, переключателей гальванометра,
схем измерений и батареи, зажимы, кнопки и гальванометр смонти-
рованы на эбонитовой горизонтальной панели моста (рис. 177, б),
прикрепленной к деревянному корпусу. Корпус имеет деревянную
съемную крышку, на внутренней стороне которой помещены краткие
указания по пользованию мостом.
Положения переключателей и места подключения измеряемой пени
при основных видах измерений указаны в табл. 12. Кроме этих изме-
рений, универсальный мост МВУ-49 допускает производство измере-
Таблица 12
Вид измерения Место подключе- ния изме- ряемого объекта Под к л ю- чсние заземле- ния Положение ручей переключателей РУЧКИ отношения плеч «умно- жить? Примечания
д 11 1
Сопротивление шлейфа Нет гв ИС в Ут
Сопротивление це- пи методом трех шлейфов Л-1 и Л-2 Нет гв ИС в У2 Величину V уста на в- ливают в зависимости от ожидае- мой величи- ны измеряв-
Асимметрия цепи способом зазем лепного шлейфа Сопротивление изоляции между проводами К зажи му 3 Нет гв г в ЗИ ИС в и 1/1 М-10 или М-100 мого соп- ротивления
Сопротивление изоляции между линейным про- водом и землей Л-1 К зажи- му Л-2 гв ИС и М-10 или М-100 Батарея внешняя подключает- ся к зажи- мам Б, на- пряжение не более 30 В
230
ний, необходимых для определения расстояния до места замыкания од-
ного из проводов цепи на «землю», по способу трех измерений, спосо-
бом петли или по способу трех проводов и расстояния до места обры-
ва жил в четырех проводном кабеле.
Измерения производят в соответствии с описанием, приведенным
в гл. 14, и указаниями инструкции, помещенной с внутренней сторо-
ны крышки моста. Там же даны формулы для определения расстояния
до места повреждения измеряемой пени. Значение километрнческого
сопротивления для подстановки в формулы берут из ведомости перио-
дических измерений,
§ 116. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ МОСТ ТИПА РЗЗЗ
Мост постоянного тока типа РЗЗЗ предназначен для измерения со-
противлений от 5-10~3 до 999,9-103 Ом. Погрешность измерения в за-
висимости от измеряемого сопротивления составляет ±1,5 или ±0,5%.
Мостом РЗЗЗ можно производить электрические измерения, необхо-
димые для определения расстояния до места повреждения линий лю-
бым методом, основанным на использовании мостовой схемы с пере-
менным или постоянным отношением плеч, а также измерения по-
стоянным током электрических параметров линий.
На рис. 178, а приведена упрощенная принципиальная схема моста.
Плечо сравнения Ru состоит из магазина резисторов с четырьмя пере-
ключателями, с помощью которых можно установить любое сопротив-
ление от 1 до 9999 Ом ступенями через 1 Ом. Плечо отношений W со-
стоит из последовательно включенных резисторов R1 и R2, разделен-
ных ползунком специального переключателя П1, имеющего семь фик-
сированных положений. Каждым из положений устанавливают опре-
деленное отношение плеч, указанное на схеме. Установка переклю-
чателя в одно из положений MIO, М100 и М1000 используется при ли-
нейных измерениях.
Индикатором равновесия служит гальванометр Г в магнитоэлектри-
ческой системы типа М314, включаемый при измерениях кнопками
«Грубо» или «Точно». Кнопки подключают или отключают от гальва-
нометра резисторы г, — г2, благодаря чему регулируется чувствитель-
ность гальванометра. Для включения гальванометра в схему моста
предназначена специальная кнопка 13кл. Г. В положении КЗ внутрен-
ний гальванометр отключается и закорачивается и к зажимам моста
Г может быть подключен внешний гальванометр.
Сопротивления в пределах от 5-10_3 до 9,999 Ом для измерений
включают по четырехзажимной схеме. Для этого перемычку КЗ от-
водят в сторону, при этом размыкаются зажимы 1-2 и контакты К2,
связанные с перемычкой, благодаря чему размыкаются также зажимы
3 и 4. В цепь индикатора равновесия оказывается включенным резис-
тор г, улучшающий режим его работы.
Сопротивления от 10 до 999,9-103 Ом включаются по двухзажим-
ной схеме при замкнутой перемычке КЗ, а следовательно, при замк-
нутых контактах К2 и зажимах 3 и 4.
231
Для подключения источника питания служат зажимы Бинормаль-
но замкнутые перемычкой. При этом замыкается контакт KJ и схема
питается от внутренней батареи, встроенной в мост. При измерениях
на крайних границах диапазона применяют наружный источник тока.
Его подключают к зажимам Б, предварительно разомкнув перемычку,
в связи чем размыкается и контакт К/, отключающий внутренний
источник питания.
Зажимы М и К предназначены для подключений при проверке
плеч моста, а зажим 3 — для подключения заземления Ключ /72
с обозначением «Схема» служит для переключений с обычной мостовой
схемы (МВ) — мост Витстоиа на схему с переменным отношением
плеч (ПМ) — петли Муррея и схему с постоянным отношением плеч
(ПВ) — петля Варлея.
Все детали измерительного моста, ручки переключателей, зажимы,
кнопки, ключ переключений схем измерений смонтированы на изоля-
ционной панели (рис. 178, б), прикрепленной к пластмассовому кор-
пусу. С правой стороны размещена специальная кассета, отпрессован-
ная вместе с панелью, которая закрывается крышкой. В кассете уста-
новлены сухие элементы для питания моста.
232
Корпус прибора снабжен пластмассовой крышкой, на внутренней
стороне которой помещена краткая инструкция пользования мостом.
Величину напряжения питающей батареи устанавливают в соответ-
ствии с указаниями инструкции (в пределах от I до 20 В).
Мост РЗЗЗ можно использовать при необходимости как магазин со-
противлений. При этом подключения производят к зажимам М и 2.
Токи не должны превышать значений, указанных в инструкции, при-
лагаемой к мосту.
§ 117. ПЕРЕНОСНЫЙ КАБЕЛЬНЫЙ ПРИБОР ТИПА ПКП-3
Прибор предназначен для измерения параметров воздушных и ка-
бельных линий связи, автоматики и телемеханики. Этим прибором
можно измерять: сопротивление изоляции в пределах — от 3-10s до
1010 Ом при основной погрешности не более ±2,5% длины рабочей
части шкалы емкость — от 0,001 до 5 мкФ в погрешностью, не пре-
вышающей ±2,5% верхнего предела шкалы; сопротивление шлейфа
(или омические сопротивления) от 0,1 до 10 000 Ом с погрешностью
± (0,002 ± ^-) 100%, от 10 000 до 10е Ом s основной погрешностью
Кизм
от ± 0,5 до ± 2,5% измеряемой величины; сопротивление омической
асимметрии цепи в пределах от 0,1 до 100 Ом при сопротивлении
шлейфа от 10 до 5 000 Ом с погрешностью не более ± (0,002 +
) 100%.
Кшл
Прибор позволяет также производить необходимые электрические
измерения при определении места повреждения изоляции кабельных
линий различными методами, при которых используются мостовые
схемы с постоянным или переменным отношением плеч, а также изме-
рения ори определении расстояния до места повреждения жил в ка-
беле всеми методами, описанными в гл. 14, и мостовым методом на
пульсирующем токе.
Общую схему прибора ПКП-3 можно рассматривать как три от-
зависимости от требуемого вида из-
дельные схемы, используемые в
мерений. Выбор схемы произво-
дится установкой переключате-
ля схем в соответствующее поло-
жение
Упрощенная схема прибора
при измерении сопро-
тивления изоляции
(рис. 179) представляет собой
омметр в последовательно вклю-
ченным источником питания
200 В. Измерение сопротивле-
ния изоляции может произво-
диться при одном из четырех
положений переключателя П1,
Рис. 179 Схема измерения сопротигпе-
ння изоляции прибором ПКП-3
233
Рис. 180. Схема измерения емкости прибором
пкпз
Рис. 181. Схема измерения омических
сопротивлений прибором ПКП-3
обозначенных цифрами: 0,1; I; 10 и 100. Резисторы R1 — R9 вы-
полняют роль шунтов и добавочных резисторов. Измерительный при-
бор ИП — микроамперметр, градуированный в единицах сопротив-
ления, включается в схему кнопкой Кн2. К зажимам 1-2 подклю-
чается измеряемая цепь.
В схеме измерения е м к о е т и (рие. 180) используется
принцип заряда конденсатора от источника постоянного тока (бата-
рея 9 В) и последующего разряда через баллистический гальванометр
ИП (указанный выше микроамперметр), шкала которого градуирова-
на в единицах емкости.
Измеряемая емкость Сх подключается к зажимам 1-2 (емкость жи-
лы кабеля в отношении земли или емкость между жилами). Переклю-
чение на заряд и разряд производится контактом реле Р, которое пи-
тается от мультивибратора (реле и мультивибратор на схеме не пока-
заны).
Предел измерения емкости определяется положением переключа-
теля П1б при установке его на один из контактов: 0,01; 0,1; 1 и 10.
Назначение резисторов R1 — R9 такое же, как и в предыдущей схе-
ме. Резисторы R10 и Rl 1 входят
в зарядную цепь.
Шкала прибора калибруется
при нажатых кнопках Кн2 и
Кн5 в положении 0,01 переклю-
чателя П1б. Конденсатор С7 яв-
ляется калибровочным и пред-
назначен для подстройки часто-
ты мультивибратора.
Схема измерения оми-
ческих сопротивле-
н и й постоянному току пред-
ставляет собой уравновешенный
мост (рис. 181). Общее сопро-
тивление плеч отношений А Б и
/1Д 990Ом. Сопротивления ре-
зисторов Rl — R7 подобраны
234
так, что отношение пле а А Б к плечу ЛД равно одной из величин:
0,01; 0,1; 1; 10; 100 и КХЛ в зависимости от положения переключа-
теля П1в.
Сопротивление плеча сравнения /?0 представляет собой четырех-
декадный магазин резисторов с юпротивлениями по 100, 10,1 и 0,1 Ом.
Максимальное сопротивление Mai азина равно 1111 Ом.
С помощью переключателя схем, установленного в приборе ПКП-3,
можно получать мостовую схему с переменным или постоянным отно-
шением плеч, а также другие схемы для измерений, описанных в гл. 14.
Питание прибора производится от сети переменного тока напряже-
нием 220, 36 и 24 В при частоте 50 Гц через выпрямитель или от бата-
реи из пяти соединенных последовательно сухих элементов Для устра-
нения влияния изменения напряжения источников питания на ре-
зультат измерений в приборе имеется стабилизатор напряжения, соб-
ранный на двух транзисторах. Стабилизированное напряжение 200 В
для питания схем измерения сопротивления изоляции, определения
места обрыва жил и некоторых других схем получаю! при помощи пре-
образователя напряжения, также собранного на двух транзисторах.
В стабилизаторе напряжения применены полупроводниковые стаби-
литроны.
Для питания реле, работающего в схеме измерения емкости, ис-
пользуется переменное напряжение е частотой 30 Гц, получаемое при
помощи симметричного мультивибратора, в схеме которого применены
два транзистора.
Детали прибора ПКП-3 размещены па обшей изоляционной плате,
прикрепленной к металлическому ящику, защищающему монтаж ст
механических воздействий и влаги. Прибор снабжен патроном с вла-
гопоглотителем — силикагелем. Ящик закрывается крышкой. На ли-
цевой стороне платы (рис. 182) в ее верхней части установлены: разъем
для подключения сетевого шнура, предохранитель в переключателем
напряжения сети, переключатель источников питания, зажимы Л/ и
Д2 для подключения измеряемой пары жил, зажим 3 для присоедине-
ния к прибору заземления, зажимы Л, и <77. для вспомогательных про-
водов. С правой стороны платы размещены три ручки: / — переключе-
ния линий, 11 — выбора схемы измерений, III — переключения плеч
отношения моста. В нижнем правом углу находятся четыре ручки
Rl, R2, R3, R4 образцового плеча моста.
С левой стороны платы установлен плоскопрофильный микроам-
перметр магнитоэлектрической системы е теневым указателем. В схе-
мах измерения сопротивления изоляции и емкости его используют в
качестве измерителя, а в мостовых схемах измерения — как нуль-ин-
дикатор. Ниже микроамперметра установлены пять кнопок для вклю-
чения и градуировок его при соответствующих измерениях Отдель-
ная кнопка с обозначением «Импульс» предназначена для посылки им-
пульсов при измерении пульсирующим током. Над кнопкой «Калибр
С» находится ручка переменного резистора, участвующего в схеме ка-
либровки прибора перед измерением емкости Батарея, предназначен-
ная для питания прибора, помещается в нижней части ящика, в от-
дельном отсеке.
235
Рис. 182. Лицевая сторона платы прибора ПКП-3
Прибор ПКП-3 перед измерением устанавливают на откидные нож-
ки и подготовляют к работе в соответствии с инструкцией, прилагае-
мой к нему, в зависимости от условий, в которых производят измере-
ния. В указанной инструкции помещена сводная таблица возможных
электрических измерений прибором ПКП-3. В таблице приведены 16
видов измерений, для которых указаны: методы измерений, условия
и особенности каждого метода, положения переключателей, отсчеты
или расчетные формулы, принципиальные схемы измерений. В при-
мечании к таблице изложены особые замечания, относящиеся к неко-
торым видам измерения.
Прибор ПКП-3 применяется при строительстве и эксплуатапни
кабельных линий в устройствах автоматики, телемеханики и всех
видов связи.
§ 118 ПЕРЕНОСНЫЙ кабельный ПРИБОР ТИПА ПКП-4
В последнее время промышленностью выпускается кабельный пере-
носный прибор типа ПКП-4 с более высокими метрологическими ха-
рактеристиками. Кроме измерений, предусмотренных прибором ПКП-3,
новый прибор ПКП-4 позволяет производить измерения, связанные «
определением расстояния до места пониженного электрического со-
противления изоляции жил, обрыва линии, сосредоточенной омичев-
кой асимметрии жил, перепутывания жил, а также измерения элект-
рическою сопротивления заземления.
236
Питание прибора осуществляется от сети переменного тока напря-
жением 220 и 24 В±10%, частотой 50 Гц либо oi встроенной батареи
гальванических элементов типа А-343 (12 штук).
Пределы измерения электрического сопротивления от 0,1 до 106 Ом
е погрешностью не более ± (0,002% ± 0,01 //?изм) 100%, сопротивле-
ния изоляции от I05 до 1010 Ом с погрешностью не более ±2,5% длины
рабочей чаети шкалы. Измерение электрической емкости возможно в
пределах от 0,001 до 10 мкФ с погрешностью не более ± (1 % + 0,5 нФ)
методом моста переменного тока и от 0,00] до 1,0 мкФ в погрешностью
не более 2,5% методом измерения емкостного тока при сопротивле-
нии утечки менее 3-10‘ Ом.
Измерения при определении расстояния до места сосредоточенной
асимметрии жил цепи на линиях длиной 5—20 км при асимметрии бо-
лее 5 Ом в погрешностью не более 3%
Схема прибора ПКП-4 конструктивно выполнена в виде отде ь-
ных узлов и блоков, смонтированных на горизонтальной металличес-
кой панели и откидном шасси. В состав схемы входят следующие бло-
ки: источник измерительных напряжений, усилитель постоянш го
тока, усилитель переменного тока, магазин сопротивлений. Первые
три блока выполнены на полупроводниковых приборах Все узль и
блоки помещены в металлический переносный корпус размером 45G X
х300x215 мм Крышка корпуса съемная. Встроенная батарея < у-
хих элементов расположена в отдельном отсеке и имеет доступ для
замены с лицевой панели.
Прибор снабжен несъемными откидными ножками на шарнирах
для работы в полевых условиях.
§ 119. КАБЕЛЬНЫЙ ПРИБОР ТИПА КМ-61С
Прибор предназначен для электрических измерений кабельных
линий связи, автоматики и телемеханики Этим прибором можно из
мерять: сопротивление цепи постоянному току в пределах от 0.1 до
100 000 Ом п асимметрию цепи — от 0,1 до 100 Ом с основной погреш-
ностью не более ±0,2%. сопротивление изоляции —• от 0,01 до
10 000 МОм с погрешностью в зависимости от отметки шкалы не болеа
±6 или ±10%; емкость — ®т 0,001 до 5 мкФ к погрешностью не бо-
лее ±2,3% от верхнего предела шкалы.
Прибор позволяет также производить необходимые электрические
измерения при определении места повреждения изоляции или обрыва
жил кабельных линий различными методами, описанными в гл. 14.
Полная схема прибора КМ-61С подобно прибору ПКП-3 представ-
ляет собой сочетание трех схем, используемых в зависимости от тре-
буемого вида измерений Выбор схемы и диапазона измерений произ-
водят установкой в соответствующее положение переключателя «Род
работы».
Мостовая схема измерений в упрощенном виде
(рис. 183) состоит из двух плеч отношения R1 и R2, плеча сравнения
Ro (четырехдекадный магазин резисторов) и индикатора равновесия
237
ИП — гальванометра, рамка которого зашунтирована резистором
R3, что обеспечивает определенный режим перемещения его подвиж-
ной системы. Резистор R4 служит для регулировки чувствительности
гальванометра.
Рассмотренная схема обеспечивает возможность измерения со-
противления шлейфа, омической асимметрии и необходимых измере-
ний для определения места повреждения кабельных линий. Особен-
ностью схемы является применение четырехзажимного подключения
измеряемого шлейфа (зажимы Л1, ЛГ, Л2, Л2') и использование
двойных соединительных проводов. Их сопротивление гп не оказывает
влияния па результат измерения при очень малых сопротивлениях
шлейфа — 0,1 до 10 Ом.
Схема питается через защитный резистор R от источника с напря-
жением 500 В.
Схема измерения сопротивления изоля-
ции представляет собой последовательною схему омметра е конеч-
ными пределами шкалы. По принципу действия она не отличается от
аналогичной схемы прибора ПКП-3. Весь диапазон измерения разде-
лен'на шесть поддиапазонов ( х 1000; х 100; X I; X 0,1; X 0,01) МОм.
Поддиапазон X 1000 питается от источника 6 напряжением 500 В, все
остальные — от 100 В.
В схеме измерения емкости используется принцип
заряда и разряда конденсатора подобно аналогичной схеме предыдуще-
го прибора. Измерение производят на одном из четырех поддиапазо-
нов ( X 10; Х1* х0,1; х0,01). В положении переключателя на отмет-
ке К выполняется калибровка прибора
Все узлы схемы прибора смонтированы па горизонтальной стек-
лотекстолитовой панели, помещенной в металлический ящик со
съемной крышкой. С внутренней стороны крышки укреплена крат-
кая инструкция пользования прибором.
В верхней части панели (рис. 184) установлены восемь зажимов
для подключения к прибору измеряемой линии Л2, Л2', Л1, ЛГ,
X, 3, защитного заземления «_1_» и схем поверки (зажимы П и Э).
Правее находится ручка переключателя чувствительности, предназ-
наченного для регулировки чувствительности мостовой схемы, вклю-
чения схемы компенсации и арретрования гальванометра.
Рис. 183. Мостовая схема измерений прибором
КМ 61С
238
Рис. 184. Лицевая панель прибора КМ-61С
На правой половине панели размещены ручки четырехдекадных
переключателей магазина плеча сравнения моста с II фиксированны-
ми положениями. Они служат для уравновешивания мостовой схемы.
Нод ними расположена ручка переключателя «Род работы», имеющая
круговое вращение и 24 фиксированных положения. Переключатель
предназначен для выбора необходимой схемы и диапазона измерения
Ручка переключателя питания служит для включения питания.
Под ней находится предохранитель, выполняющий одновременно роль
переключателя сети (220, 36 и 24 В), и разъем «Питание» для соедине-
ния прибора с батарейным ящиком или сетью.
С левой стороны на панели вмонтирован гальванометр типа Ml 185
е теневым указателем, шкала которого проградуирована в единицах
емкости и сопротивления. На выступающую над панелью крышку
прибора выведены корректор, уровень для контроля горизонтальною
положения'прибора и колпачок осветителя. Ниже гальванометра раз-
мещены кнопки «АРР» для арретирования гальванометра при закры-
той крышке прибора и «ИЗМ» для включения гальванометра при
всех видах измерений. Там же расположены ручки «Калибр», Сх и
/?из, предназначенное для калибровки схем измерения емкости и изо-
ляции Ручка служит для установки указателя гальванометра
на нулевую отметку и отметку бесконечности «оо» при измерении со-
противления изоляции на поддиапазоне X 1000.
Блок питания прибора, помещенный в специальном металличес-
ком ящике, состоит из выпрямителя, стабилизатора и преобразовате-
ля напряжений. Эти устройства обеспечивают необходимые напряже-
239
ния для питания измерительных схем (постоянные напряжения 500 В,
ЮО В и переменное напряжение 3,5 В частоты 8—10 кГц для питания
реле в схеме измерения емкости).
Питание прибора может производиться от сети переменного тога
220, 36, 24 В + 10% или от батареи с напряжением 11,5, 14 В Мощ»
ность, потребляемая от сети, не превышает 5 В Л, а при питании от су-
хих элементов или аккумуляторов — не более 3 Вт -ь
К прибору придается подробная инструкция с изложением правил
всех возможных измерений, предусмотренных схемой и конструкцией
прибора КМ-61С.
Глава 17
ИЗМЕРЕНИЯ, СВЯЗАННЫЕ С ЗАЩИТОЙ КАБЕЛЬНЫХ
ЛИНИЙ ОТ ЭЛЕКТРОКОРРОЗИИ
§ 120. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Коррозия металлических оболочек подземных кабелей вызывает-
ся электрохимическими процессами взаимодействия металла с окру-
жающей средой и возникает под действием блуждающих токов Пер-
вый вид коррозии называют почвенной коррозией, а второй — электро-
коррозией. Электрокоррозии обычно подвержены подземные кабели,
проложенные вблизи электрифицированных железных дорог по-
стоянного тока и трамвайных линий Участки трассы кабеля, на кото-
рых блуждающие токи е почвы проникают в металлические оболочки
кабеля, называются катодными зонами, а участки, на которых блуж-
ающие токи стекают с кабеля в почву, называются анодными зонами.
Разрушение кабеля от электрокоррозии происходит в анодных зонах.
О степени влияния блуждающих токов на подземные кабели можно
получить представление на основании следующих данных: ток силой
I А, стекающий с оболочки в грунт в течение одного года, разрушает
приблизительно 35 кг свинца, 10 кг стали и 3 кг алюминия. Большая
пли мепыпая степень разрушения зависит от агрессивности грунта и
вод на трассе кабеля.
При оставлении проекта прокладки кабеля в земле выбор средств
борьбы с коррозией производится на основании сведений о наличии
условий, вызывающих почвенную коррозию, и о наличии блуждаю-
щих токов Условия, вызывающие почвенную коррозию, определяются
химическим анализом грунта и данными о его удельном электрическом
сопротивлении Последние данные требуются и для расчетов при про-
ектировании защиты кабеля от блуждающих токов. Метод измерения
удельного сопротивления грунта рассмотрен в § 112
После укладки кабеля и окончания монтажа средств защиты,
предусмотренных проектом, производят измерения, с помощью кото-
рых'уточняют расположение катодных и анодных зон, определяют силу,
240
плотность и направление токов, протекающих по оболочкам кабелей.
Если есть необходимость, то на основании произведенных измерений
вносятся коррективы в проект защиты кабеля. При наличии несколь-
ких кабелей, проложенных параллельно или пересекающихся, а так-
же при наличии близко расположенных подземных трубопроводов или
заземленных металлических сооружений необходимым объемом изме-
рений охватываются все перечисленные объекты. Затем для них раз-
рабатываются общие меры защиты от электрокоррозии.
При измерениях разности потенциалов межд\ разными точками зем-
ли, между оболочками кабелей и землей, а также для измерения силы
блуждающего тока в оболочках кабелей применяют вольтампер-
метр с нулем по середине шкалы, обладающий малым временем успо-
коения и пригодный для работы на открытом воздухе. Сопротивление
прибора как вольтметра должно быть не менее 20 кОм на I В шкалы.
Этим требованиям удовлетворяет вольтамперметр магнитоэлектри-
ческой системы типа '1231 Он имеет шкалу на 50 делений и преде-
лы измерения: по напряжению 100—0—100, 50—0—50, 10—0—10,
0,5—0—0,5 и 0,075—0—0,075 В. по tokv 10—0—10, 1—0—1,
0,1—0—0,1 и 0,005—0—0,005 А Прибор может работать при темпе-
ратуре окружающего воздуха от —30 до -4- 40э С и относите.'!ьной
влажности 80% Смещением нуля на середину шкалы облегчается
процесс измерений, поскольку важно определить ток и напряжение
не только количественно, но и по направлению. Расширение преде-
лов измерений осуществляется е помощью набора шунтов и доба-
вочных сопротивлений, вводимых в схему рычажным переключателем
на 13 положений.
§ 121. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАЛИЧИЯ БЛУЖДАЮЩИХ ТОКОВ В ЗЕМЛЕ
Наличие блуждающих токов в земле вдоль проектируемой трассы
кабеля выявляют путем измерения разности потенциалов между раз-
ными точками земли по схеме, показанной на рис. 185. Как видно из
схемы, выбирают точки, расположенные по направлению трассы кабеля
и по линии, перпендикулярной этой трассе. Измерения ведут между
точками, взаимно удаленными на
100 и на 200 м через каждые
1000 м. Показания прибора в
процессе измерения регистри-
руют с интервалами 30 с в тече-
ние 10— 15 мин. Колебания из-,
меряемой разности потенциалов
по величине и по знаку или
только по величине свидетельст-
вуют о наличии блуждающих
токов от электрифицированного
транспорта. Устойчивый харак-
тер разности потенциалов ука-
зывал на наличие в почве блуж-
Рис. 185 Схема измерений для выясне-
нии наличия блуждающих токов
241
Рис 186. Схема измере-
ния разности потенции
лов между оболочкой
кабеля и землей:
/ — кабель; 2 — постоян-
ный заземлитель; 3 — конт-
рольный пункт, оборудо-
ванный в бутлеге (кабель-
ной стойке); 4 — вольт-
метр; 5 — переносный за-
землитель
дающих токов почвенного происхождения или
токов дистанционного питания усилителей по
схеме «провод—земля».
Для заземления концов измерительных
проводников применяют латунные, медные,
стальные или неполяризующиеся медносуль-
фатные электроды.
Расположение анодных и катодных зон
определяют измерениями разности потенциа-
лов между оболочкой проложенного в земле
кабеля и почвой, окружающей кабель. С этой
целью и с целью облегчения проводимых пе-
риодически в процессе эксплуатации кабеля
измерений вдоль кабельной трассы, находя-
щейся в зоне блуждающих токов, на уровне
земли монтируют контрольно-измерительные
пункты, представляющие собой металлические
коробки с зажимами (рис. 186, а). К зажимам
подключают провода, выведенные от оболочек
кабеля и от постоянного заземлителя. Если возникает необходимость
произвести измерения в точке, где нет постоянного контрольно-изме-
рительного пункта, то измерения проводят по схеме рис. 186, б, рас-
копав кабель. При измерении необходимо учитывать э. д. с. поляри-
зации, достигающую 0,2—0,3 В, которая может внести ошибку в ре-
зультаты измерений.
Поэтому в тех случаях, когда разность потенциалов, создавае-
мая блуждающим током, превышает 1 — 1,5 В, рекомендуется вместо
стальных стержневых электродов, погружаемых в почву, приме-
нять неполяризующиеся электроды.
Для производства измерений положительный вывод вольтметра
подключают к металлической оболочке кабеля, а отрицательный —
к заземленному электроду.
Если стрелка от нуля на середине шкалы отклоняется вправо —
оболочка кабеля по отношению к заземленному электроду имеет бо-
лее высокий потенциал, если же она отклоняется влево, то металли-
ческая оболочка кабеля по отношению к этому электроду имеет бо-
лее низкий потенциал.
Как было указано выше, на распреде. енне потенциалов вдоль обо-
лочки кабеля могут оказать влияние такие металлические сооруже-
ния, как водопровод и другие трубопроводы. Измерение разности по-
тенциалов между кабелем и металлическими подземными сооружениями,
а также между кабелем и рельсами электрифицированных путей про-
изводят по схеме, аналогичной рассмотренной на рис. 186. В этом слу-
чае электрод, присоединяемый к сооружению, рекомендуют брать
из того же материала, из которого изготовлен обследуемый
объект.
§ 122. ИЗМЕРЕНИЕ ТОКОВ. ПРОТЕКАЮЩИХ ПО ОБОЛОЧКАМ
КАБЕЛЕЙ, И ПЛОТНОСТИ ТОКА УТЕЧКИ
Силу и направление токов, протекающих по герметизирующим ме-
таллическим оболочкам и броне кабелей, можно определить методом
непосредственного измерения, методом измерения падения напряже-
ния и методом компенсации.
Для определения величины и направления тока методом не-
посредственного измерения амперметры А1 и А2
включают в разрез брони и в разрез герметизирующей металлической
оболочки кабеля (рис. 187, а). Общий ток будет равен сумме показаний
обоих ампер тетров. Этот способ удобно применять при первоначальном
монтаже или ремонте кабеля.
Измерение тока методом падения напряжения
производят по схеме, показанной на рис. 187, 6. В местах присоедине-
ния проводников к кабелю броня и металлическая оболочка должны
быть спаяны между собой. Из данной схемы вытекает, что ток
i =- U/R, где U — среднее значение падения напряжения, измерен-
ного на отрезке длины оболочки кабеля, равном 1 м, a R — общее со-
противление оболочки и брони указанного отрезка, определяемое рас-
четом. Если обозначить через dj и d2 соответственно наружный и внут-
ренний диаметры свинцовой или алюминиевой оболочки в миллимет-
рах, а через р — удельное сопротивление материала при сечении 1 мм2,
то сопротивление рассматриваемой оболочки
^0&~Р n(dl-d') *
Расчет сопротивления 1 м брони, состоящей из круглых или плос-
ких проволок, производят, пользуясь формулой
Г> I
Ябр=р—.
В этой формуле через I обозначена длина куска проволоки, изме-
ренная в метрах, снятого с кабельного отрезка длиной 1 м, а через
s — общая площадь сечения проволочной брони, выраженная в квад-
Рис. 187. Схемы измерения силы тока в метал'
лической оболочке кабеля
243
а; д 5 ратных миллиметрах. Для определения ве-
------личины s рассчитывают площадь сечения
------одной проволоки и умножают на число
б) I } Кабель । проволок.
л; .•.///_- Суммарное сопротивление герметизи-
7~j*;'-------рующей оболочки и брони кабеля
_ /?0б ^бр
Рис. 188. К расчету по- R =----------—•
верхиостной плотности то- Яоб'+^бр
ка Сопротивление брони, навитой из сталь-
ных лент, точному расчету не поддается,
так как па его величину влияет зазор между витками. Поэтому для
ленточной брони рекомендуют расчет сопротивления заменить измере-
ниями на отрезках однотипного кабеля.
Измерение методом компенсации производят с по-
мощью схемы, показанной на рис. 187, в. В этой схеме батарею вклю-
чают таким образом, чтобы ее ток 1г был противоположным блуждающе-
му току i2; пользуясь реостатом Rr, изменяют ток до тех пор, пока
стрелка милливольтметра установится на нуль. Это будет означать,
что ток батареи, протекающий через амперметр, равен блуждающему
току. Если в рассмотренную схему ввести двухполюсный переключа-
тель /< (рис. 187, а), то можно метод измерения несколько видоизме-
нить. В данном случае не требуется уравнивать токи, а лишь необхо-
димо измерить напряжения (Д и U2 между точками 2-3 в разных поло-
жениях переключателя К при неизменной величине тока (р Значение
тока i2 находят, решая систему уравнений. Одновременно из этих урав-
нений определяют общее сопротивление R брони и герметизирующей
оболочки кабеля (i2 + ij R — иг; (it —1\) R = U2, откуда:
i2
_ 1Л + Uy ; i — U i
U' — U. 11 2(.
Для точности результатов измерения необходимо, чтобы сопротив-
ление /?р в цепи батареи значительно превышало суммарное сопротив-
ление оболочки и брони кабеля между точками 2-3.
Важным показателем коррозионной опасности является плотность
тока утечки с кабеля в землю. Ее среднее значение на участке между
двумя точками /1 и />, где в оболочках измерены токи 1д и /ь, можно
приближенно рассчитать по формуле
• = *( ± 7в)
где s — общая площадь поверхности оболочки кабеля между точками
А и Б, дм-', q — коэффициент касания и к — коэффициент часовой на-
грузки ближайшей тяговой подстанции. Для бронированных кабелей
в грунте q = 0,5, а для голых кабелей, проложенных в канализации,
q = 0,25. В числителе проставляют сумму токов в том случае, когда
токи имеют встречное направление (рис. 188. ч) и проставляют разг
ность токов, когда токи имеют одно направление (рис. 18b, и).
244
§ 123. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИИ
Рис. 189. Примерный вид потенциаль-
ной диаграммы
Разность потенциалов между
кабелем и почвой и блуждаю-
щий ток в оболочках кабеля не-
прерывно изменяются. Поэто-
му для выяснения среднего
значения измеряемых величин
на контрольно-измерительном
пункте производят ряд последовательных замеров через каждые 10 с
в течение времени от 10 до 30 мин. Продолжительность работы в каж-
дом пункте определяется необходимостью зафиксировать показания
приборов при наиболее характерных условиях движения поездов а
четном и нечетном направлениях. К характерным условиям движения
электропоездов относятся моменты их трогания и разгона на бли-
жайшей остановке, прохождение поезда мимо пункта измерений и
отсутствие поездов в обе стороны от этого пункта на расстоянии 2—
3 км.
Данные измерений заносят в протокол, а затем по ним определяют
среднее значение измеренной величины для каждой точки отдельно.
Среднее значение напряжения или тока в точке, находящейся в анод-
ной или катодной зоне, определяют делением общей суммы показа-
ний прибора на общее число замеров. В знакопеременной зоне сред-
нее значение положительных величин определяют делением суммы
показаний, имеющих знак «плюс» на общее число замеров, давших
положительные и отрицательные знаки
Средние значения измеренных напряжений между кабелем и зем-
лей заносят в таблицу и по ее данным строят на кабельном плане по-
тенциальную диаграмму (рис. 189). На основе результатов измерений
разрабатывают и осуществляют меры защиты, а затем повторяют изме-
рения для определения эффективности принятых защитных устройств.
Глава 18
ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СХЕМ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
§ 124. ПРИБОРЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ
При измерении переменным током на тональной и высокой частоте
в составе измерительных схем, кроме приборов, перечисленных в § 7,
применяют делители напряжения (потенциометры), магазины зату-
хания, а также симметрирующие трансформаторы и дифференциаль-
ные дроссели. Поскольку в области связи измерения производятся в
широком диапазоне частот, то все вспомогательные элементы должны
215
L иметь параметры, не зависящие от частоты в задан-
о-т-о-^Ц-о ном диапазоне. В большинстве случаев эти приборы
I________1 замонтированы в соответствующей измерительной ап-
паратуре или входят в ее комплект, однако их также
Рис. 190. Эк- изготовляют как индивидуальные единицы ис-
вивалентная пользуемые в разных измерительных схемах.
схема прово- Основными элементами, из которых'собирают де-
лочного рези- лители напряжений, магазины сопротивлений и зату-
ханий, являются резисторы с калиброванным сопро-
тивлением. Для достижения высокой точности из-
мерений в широком диапазоне частот сопротивление резисторов долж-
но быть чисто активным, не зависимым от частоты. Все же проволоч-
ные резисторы имеют некоторую собственную индуктивность и емкость.
Эквивалентная с^ема катушки из проволоки приведена па рис. 190.
Полное сопротивление Z рассматриваемого эквивалентного контура
определяется по формуле
2 _______Р» ~~ / го Z._
1 —со2 /.С-р/ со R0C
где со — любое значение угловой частоты в пределах рабочего диапа-
зона, на который рассчитывается сопротивление.
Из формулы следует, что с уменьшением индуктивности L и емкости
С значение Z приближается к сопротивлению катушки постоянному
току /?„. Это значит, что чем меньше L и С, тем сопротивление катуш-
ки будет меньше зависеть от частоты. Таким образом, при изготовле-
нии резисторов необходимо стремиться к уменьшению и собственной
емкости и собственной индуктивности.
Снижения индуктивности проволочных резисторов можно достиг-
нуть применением б и ф и л я р н о й намотки (рис. 191). Но
междувптковая емкость .такой обмотки относительно велика, так как
проводники прямого и обратного направлений расположены близко
друг к другу. У катушки малого сопротивления проводники бифиляр-
ной обмотки имеют небольшую длину, поэтому чем меньше сопротив-
ление, тем меньше собственная емкость обмотки. Практически бифиляр-
ную обмотку применяют при изготовлении резисторов сопротивлением
до 200 Ом. Для резисторов сопротивлением от 200 до 1000 Ом рекомен-
дуют встречную плоскую (рис. 192, а) и свыше 1000 Ом—
у н и ф и л я р н у ю плоскую (рис. 193. а) обмотки. Плоские
обмотки, выполненные на пластинках толщиной порядка долей мил-
лиметра, благодаря малой площади витка имеют очень малую индук-
тивность, во встречной плоской обмотке индук-
тивность дополнительно снижается вследствие
разного направления токов в соседних провод-
никах. Общая собственная емкость резистора
с плоской унифилярной обмоткой состоит из
ряда последовательно соединенных междувит-
ковых емкостей (рис. 193, б), поэтому она
значительно меньше емкости одного витка. Ре-
зистор со встречной плоской обмоткой тоже
246
Рис. 191. Бифиляр-
ная намотка прово-
лочного резистора
имеет малую емкость, ио
несколько большую, неже-
ли при унифиляриой об-
мотке вследствие суммиро-
вания емкостей двух па-
раллельных ветвей (рис.
192, б).
Проволочные делители
напряжения (потенциомет-
ры) и магазины затухания
при работе на частотах в
пределах нескольких сотен
герц соответствуют классу
точности 0,1—0,2. В при-
o'/
—IHHHH
ннннн
Рис. 192. Встречная
плоская намотка про-
волочного резистора
Рис. 193. Унифиляр-
ная плоская намотка
прополочного рези-
стора /
борах, предназначенных для использования в измерительных схемах
на более выских частотах, чаще применяют поверхностные и угле-
родистые резисторы стержневого типа.
§ 125. КАЛИБРОВАННЫЕ ДЕЛИТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ
И МАГАЗИНЫ ЗАТУХАНИЯ
Для получения в процессе измерений различных значений напря-
жения или снижения напряжения источника тока применяют дели-
тели напряжений (потенциометры). Схема простейшего делителя на-
пряжения представлена на рис. 194. Если сопротивление нагрузки
ZH достаточно велико и значительно больше сопротивления резистора
R2, то
^1+^2 т
Величина т называется коэффициентом д е л е п и я . У ка-
либрованных делителей напряжения коэффициент деления не должен
зависеть от частоты. Эго требование выполнимо при соблюдении усло-
вий: Z„ R-i, сопротивления резисторов R1 и R2 не зависят от часто-
ты, а сопротивление нагрузки не имеет входной емкости.
На рис. 195 показана схема секционированного симметричного по
отношению к «земле» делителя напряжения. Секционированный дели-
тель позволяет получать различные коэффициенты деления. Для пра-
вильного понимания этой схемы следует учесть, что щетки 1 и 2 спа-
Рис. 194. Схема простого
делителя напряжения
Рис. 195. Схема симметричного
делителя напряжения
247
репы И при переводе передвигаются одновременно. Заземлением то-
чек 3 и 4 достигается улучшение симметричности схемы по отношению
к «земле».
Магазины затухания представляют собой набор четырехполюсных
звеньев образцовых мер затухания. Их применяют в схемах измере-
ний и усилений методом сравнения и используют в измерительных
схемах для регулирования уровня передачи. Магазины изготовляют
и как самостоятельные единицы и как блоки, встроенные в измеритель-
ные приборы.
Применяемые в магазинах звенья, собранные по схемам
рис. 196, а, б и в, несимметричны по отношению к земле, их называют
неуравновешенными, а звенья, построенные по рис. 196, г, д и е, сим-
метричны к земле, их называют уравновешенными. Уравновешенные
схемы применяют при измерениях на частотах до 600 кГц, а неуравно-
вешенные — при более высоких частотах. На рис. 196, и, э и ж пока-
заны схемы звеньев со средней точкой. Заземлением этой точки дости-
гается более высокая степень равновесия схемы по отношению к земле.
Напомним, что уравновешенные и неуравновешенные четырехполюс-
ники принято называть симметричными, если их характеристиче-
ские сопротивления, измеренные с разных сторон, равны между
собой.
Звенья в магазине затуханий распределяются на несколько групп,
включаемых последовательно.Так, магазин типа МЗ-600 с характери-
стическим сопротивлением 600 Ом состоит из четырех групп, затуха-
ние в каждой группе регулируется ступенями. Первая группа имеет
две ступени — нуль и 7 Нп, вторая группа позволяет вносить зату-
хание от нуля до 7 Нп, через 1 Нп, третья группа дает возможность
изменять затухание от нуля до 1,1 Нп, через 0,1 Нп, а четвертая — от
Рис. 196. Схемы звеньев магазинов затуханий
248
Рис. 197, Схема вюрого звена магазина затуханий типа МЗ-600
©
©
О
Вход
©
©
о
о OS
Магазин затуханий.
Z=6000n сиыпетричный
.----1 Выход
1----1 © © © ©©
о ® Нагрузка е>
Рис. 19b. Внешний вид магазина затуханий МЗ-600
243
нуля до 0,1 Нп, через 0,01 Нп В магазине МЗ-600 все звенья симмет-
ричны и имеют одно значение характеристических сопротивлений.
Благодаря этому при согласованной нагрузке общее затухание равно
сумме затуханий, вносимых звеньями групп.
Звенья первой и второй групп МЗ-600 собраны по схеме рис. 196, ж,
а третьей и четвертой групп — по схеме рис. 196, е. На рис 197 пока-
зана схема второй группы МЗ-600. Для понимания схемы необходимо
иметь в виду, что щетки П1, П2, ПЗ и П4 переключателя группы уп-
равляются общей ручкой и при любых переключениях занимают по-
зиции одного номера.
Кроме магазина МЗ-600 (рис. 198), выпускают магазины с характе-
ристическими сопротивлениями на 75, 100, 135, 150 и 1400 Ом.
§ 126. СИММЕТРИРУЮЩИЕ ПРИБОРЫ
Большинство измерительных приборов имеет выходные или вход-
ные трансформаторы, обеспечивающие симметричность их выхода или
входа по отношению к «земле», достаточна ю для производства измере-
ний в симметричных пенях связи. В тех случаях когда в симметричных
по отношению к «земле» измерительных схемах приходится применять
неотсимметрированные приборы или если измерительные приборы
отсимметрированы, но в процессе измерения требуется повышен-
ная симметричность схемы, применяют с и м м е т р и ч н ы е
трансфрр маторы (рис. 199). В этих трансформаторах повы-
шенная степень симметричности достигается за счет экранировки за-
земленными экранами обеих обмоток и высокой изоляции между об-
мотками. Выравнивание емкостей связи между выходами вторичной
обмотки и экраном осуществляют с помощью прокладок, размещенных
между крайними рядами и экраном. Окончательное симметрирование
выводов трансформаторов производят дифференциальным конденсато-
ром С.
Для симметрирования измерительных схем, имеющих заземлен-
ную среднюю точку, можно применить дифференциальный дроссель
(рис. 200). Обе половины его обмотки намотаны скрученным проводом
одинакового сечения, благодаря чему он обладает симметрией по зату-
ханию при средних звуковых частотах 100—120 дБ. Более высокая
степень симметрии достигается параллельным включением симметри-
чного трансформатора и дросселя.
Рис. 199. Схема симметрич-
ного трансформатора
250
Рис. 200 Схема симметрич-
ного дросселя
Глава 19
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
§ 127. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЕНЕРАТОРОВ
Испытание различных элементов аппаратуры и каналов связи в
целом должно выполняться в условиях, отвечающих рабочему режиму.
Для этого при измерениях, проводимых в каналах связи, необходимо
иметь источники переменного тока соответствующей частоты, формы и
мощности. В качестве таких источников используются генераторы пере
менного тока на лампах и полупроводниковых триодах (транзисторах)
В зависимости от характера и назначения измерений требуется иапря
жепие одной или ряда фиксированных частот, напряжение любой час-
тоты в определенном диапазоне, напряжение смеси различных частот
и напряжение плавно, автоматически изменяющихся в заданном диа-
пазоне частот с периодическим повторением. В соответствии с указан
ними потребностями имеются генераторы одпочастотные, фиксирован
ных частот, диапазонные с плавно изменяющейся частотой в заданном
диапазоне, шумовые, дающие смесь различных заданных частот, и ка-
чающейся частоты (частота непрерывно автоматически изменяется в
заданном диапазоне и это изменение повторяется периодически).
Схемы построения генераторов должны обеспечивать максималь-
но возможную независимость частоты от колебаний напряжения ис-
точников питания, смены ламп, от нагревания деталей генератора при
длительной его работе и состояния окружающей среды, а также сопро-
тивления нагрузки. Чтобы уменьшить влияние изменений напряже-
ния питающего источтыжа тока па частоту генератора, в его питающем
блоке предусматривают стабилизатор'напряжения. Снижение темпе- •
ратурных влияний достигается применением составных элементов с
температурной компенсацией и соответствующим размещением дета-
лей. Для уменьшения влияния на частоту генератора сопротивления
нагрузки генераторный блок ГБ (рис. 201) от последующих блоков от-
деляют буферным усилителем БУ. Далее обычно следуют усилитель
напряжения УН и усилитель мощности УМ (или только усилитель
мощности). К нагрузке измерительный генератор подключается через
выходной блок ВБ
В составе аппаратуры проводной связи преобладают элементы с
входными сопротивлениями 600 и 135 Ом, среднее значение волнового
сопротивления цветной воздушной цепи 600, а коаксиального кабеля
75 Ом. В соответствии с этим внутреннее сопротивление выходных бло-
ков генераторов рассчитывается на 600, 135 или 75 Ом. В необходи-
мых случаях любой генератор можно преобразовать в генератор с за
ранее заданным внутренним сопротивлением.
ГБ БУ УН УМ ВБ
Рис. 201. Структурная схема измерипмыюго ге-
нератора
251
§ 128. ПРИНЦИП РАБОТЫ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ
По способу формирования электрических колебаний необходимой
частоты генераторы подразделяют на генераторы основных колебаний
и генераторы на биениях. Генератор основных колебаний посуществу
является усилителем с положительной обратной связью, в цепи кото-
рой имеется частотно-зависимый контур, обеспечивающий генериро-
вание колебаний заданной частоты. Частота выходного напряжения
генератора на биениях равна разности частот двух генераторов основ-
ных колебаний.
На рис. 202 изображены некоторые варианты схем ламповых
генераторов основных колебаний типа LC.
В варианте, показанном на рис. 202, а, частота генерируемых колеба-
ний определяется индуктивностью /. обмотки трансформигора Тр и
емкостью С конденсатора, составляющих колебательный контур. Для
поддержания незатухающих колебаний в контур необходимо подавать
энергию, компенсирующую внутренние потери. С этой целью колеба-
тельный контур связан индуктивно с сеткой усилительной лампы, бла-
годаря чему электрические колебания, возникшие в контуре и усилен-
ные лампой, возвращаются обратно. Резистор Rc и конденсатор Со
обеспечивают необходимую величину отрицательного смещения на сет-
ке лампы Благодаря наличию в цепи анода резистора R сопротивле-
нием, значительно превышающим внутреннее сопротивление лампы,
изменения последнего, вызываемые длительной работой или сменой
лампы, не оказывают существенного влияния на частоту генерируе-
мых колебаний. Кроме того, резистор R улучшает форму колебаний
напряжения основной частоты, поскольку ее гармоники практиче-
ски имеют потери только на этом резисторе. На схеме рис. 202, б ко
лебательный контур перенесен в цепь сетки. Вариант схемы, пред-
ставленный на рис. 202, в, отличается от предыдущих лишь тем, что
обратная положительная связь на лампу осуществлена не через
трансформатор, а через автотрансформатор А Тр, который к электро-
дам лампы присоединяют тремя точками (/, 2 и 3), вследствие чего
схема называется трехточечной.
На рис. 203 представлены генераторы основных ко-
ле б а н и й типа I.C на транзисторах, включенных
по схеме с общим эмиттером. В схеме на рис. 203, а обратная положи-
тельная индуктивная связь осуществлена через трансформатор. Схе-
Рис. 202. Схемы ламповых генераторов основных колебаний типа LC
252
Рис. 203. Схемы генераторов основных колебаний типа LC на транзисторах
мы на рис. 203, б и в относятся к грехточечным, в первой из них обрао
ная связь индуктивная, а во второй емкостная. Во всех рассматри
ваемых схемах резисторы R1 и /?2 образуют делитель напряжения
источника питания Ек. Резистор R2 делителя предназначен для со*
Дания смещения, определяемого разностью потенциалов точек б и э.
т. е. разностью напряжений U.. — Ua. Сопротивление резистора R3 в
каждой схеме является нагрузочным, а резисторы R4 и R5 создают от
рицательную обратную связь. Эта связь по постоянной слагающей эмит
терного тока обеспечивает температурную стабилизацию режима ра
боты каскада, что подтверждается следующими соображениями.
При повышении температуры возрастают токи коллектора и эмит
тера, поэтому возрастает падение напряжения вследствие чег<
уменьшается смешение на базу Но уменьшение смещения автомата
чески приводит к уменьшению эмиттерного и коллекторного токов, а
следовательно, к уменьшению напряжения (Z, Таким образом восста-
навливается номинальный режим работы транзистора Процесс ста-
билизации будет проходить в обратном порядке при понижении тем
перату ры.
Обратная отрицательная связь по переменной слагающей эмиттер
ного тока, стабилизируя уровень передачи, снижает нелинейные ис-
кажения, способствуя этим повышению стабильности частоты. По-
скольку степень необходимой обратной связи по переменной и постояв
ной слагающим эмиттерного тока различна, то для уменьшения обрат-
ной связи по переменной слагающей резистор R4 зашунтирсван кон
денсатором Са, имеющем большую емкость При соответствующем вы-
боре значений сопротивления резистора и емкости конденсатора С9 от
рицательную обратную связь по обеим составляющим эмиттерного
тока можно обеспечить без резистора R5.
В измерительной технике распространена схема генератора
типа RC, основанная на самовозбуждении двухкаскадного усилите-
ля. При включении усилителя на входе лампы Л1 (рис. 204) возникает
25b
Рис. 201 Схема лампового генератора
основных колебаний типа RC
напряжение (7С1. Для обеспече-
ния незатухающих колебаний
необходимо, чтобы фаза напря-
жения U'a\ положительной об-
ратной связи совпадала с фазой
напряжения UC1 или отличалась
от нее на угол 360°. Так как
фаза напряжения переменной
составляющей анодного тока на
выходе каждого усилительного
каскада отличается от фазы на-
пряжения на его входе на 180°,
то для соблюдения упомянутого
условия фаз обратную связь осу-
ществляют с выхода лампы J12, поскольку двойной поворот вектора
напряжения на 180° равен в сумме 360°. Как видно из схемы, напря-
жение Ua,, снятое со второго каскада и совпадающее по фазе с на-
пряжением (7С1, подается на делитель напряжения, в составе которого
имеются два контура: водном резистор R1 и конденсатор С1 включены
последовательно, а в другом резистор R2 и конденсатор С2 включены
параллельно. По конструктивным соображениям принимают R1 =
= R2 ~ R3,’aCl=C2—C. Если пренебречь небольшим реактивным со-
противлением конденсатора СЗ, имеющего значительную емкость, то
напряжение подаваемое с делителя напряжения на сетку лампы
Л1, будет
^,=t/a2—, (71)
"Г ^2,
где Z, — комплексное сопротивление контура, включенного между
точками а и б;
Z2 — комплексное сопротивление контура, включенного между
точками б и в;
откуда Z2 =
/?
1-|-/й>С/?'
Подставляя значения Z2
вания получим
и Za в выражение (71), после преобразо-
*+/
ю CR
Поскольку напряжения (Уа2 и Ual совпадает по фазе, то из этой
формулы вытекает, что напряжение U’a\, снимаемое с делителя, будет
совпадать по фазе с первоначальным напряжением на сетке Ucl в том
случае, если мнимая часть знаменателя в последнем выражении для
(7oi будет равна нулю, т. е. &CR — = 0, откуда и — ио
® = 2л/, ПОЭТОМУ / = 5-^7;.
254
Таким образом, условие фаз,
необходимое для генерации при
конкретных значениях R и С,
будет соблюдено только для од-
ной частоты. Для получения от
генератора ряда частот сопро-
тивления в последовательном и
параллельном контурах изме-
няют одновременно ступенчато,
а емкость конденсаторов плавно,
чем осуществляют постепенный
переход от одной частоты к дру-
гой. Конструктивно эти пере-
ключения обеспечиваются двумя
ручками: одной одновременно
переключают оба сспротивле-
Рис. 205 Схема генератора типа RC на
транзисторах
нпя, а другой тоже одновременно изменяют емкость обоих конден-
саторов. В схеме генератора предусмотрена отрицательная обратная
связь, осуществляемая через второй делитель напряжения, состав-
ленный из резистора R3 и термистора Rr.
Поскольку сопротивление термистора с увеличением тока умень-
шается, цепь отрицательной обратной связи автоматически
стабилизирует амплитуду напряжения на выходе генератора,
а также исключает перегрузку генератора, которая приводит
к нелинейным искажениям. Лампа ЛЗ является первым каскадом
усиления колебаний генератора. Напряжение для положительной об-
ратной связи можно снять и с резистора R4 в цепи катода этой лампы,
как показано штриховой линией, поскольку напряжение UK совпа-
дает по фазе с напряжением Ua2.
На рис. 205 представлен генератор типа RC, работающий па тран-
зисторах. Транзисторы Т1 \\Т2 включены по схеме с общим эмиттером,
а ТЗ — по схеме эмнттерного повторителя. Напряжение положитель-
ной обратной связи в данном генераторе обеспечивает резистор /?8.
С целью усиления стабилизации режима работы генератора, кроме ме-
стной отрицательной обратной связи, имеющейся в каждом каскаде,
еще предусмотрена дополнительная отрицательная обратная связь по
пепи через резистор R3 и термистор /?т аналогично схеме рис. 204.
Структурная схема генератора на биениях изоб-
ражена на рис. 206. Напряжение с частотой F на выходе рассматрива-
емого генератора получается
как результат амплитудной мо-
дуляции напряжений двух ча-
стот и /,, подаваемых на моду-
лятор М от генераторов основ-
ных колебаний /'/ и Г2. На вы- 1
ходе модулятора, кроме гармо-
ник основных частот, имеется
разностная частота F — fx — /2,
суммарная частота Д + /2 и ряд
Г1 М идр ФНЧ Усилитель
Рис. 205. Упрощенная структурная схе-
ма генератора на биениях
255
Рис. 207. Функциональные схемы гене
раторов качающейся частоты
других комбинационных частот.
Фильтр нижних частот ФНЧ
пропускает только колебания с
частотой Л = Д — /3, которая
является частотой генератора на
биениях. Предположим, что ге-
нератор Г/ имеет настройку на
одну неизменную частоту коле-
баний /ь а диапазонный генера-
тор Г2 допускает плавное изме-
нение частоты от fi до (Д — Fn,),
тогда частота генератора на бие-
ниях будет изменяться от нуля
до максимальной величины F
поскольку h — /) = 0, а —
— (Л — F т) = Fm.
В генераторе ка-
чающейся частоты
частота колебаний напряжения
на выходе автоматически и плав-
но изменяется от h до f2 с пе-
риодическим повторением прей-
денного диапазона при неизменной амплитуде колебаний Для полу-
чения таких частогно-модулированных колебаний необходимо перио-
дически плавно изменять индуктивность или емкость колебательного
контура ннератора.
Достигается это различным)! способами. На рис. 207, а представ-
лена схема генератора качающейся частоты ГКЧ. в. которой влияние
на частотные параметры колебательного контура достигается измене-
нием емкости р-л-переходов диодов Д1 и Д2 под действием пило-
образного напряжения (рис. 207, в), подведенного к зажимам а-б от
генератора ГПН посредством блока управления БУ Зависимость
емкости р-п-перехода диода Д811 от обратного напряжения показана
на рис. 207, б Блок БУ обеспечивает согласование изменений собст
венной частоты колебаний контура L-С с работой основного блока
ГКЧ с целью прекращения генерации последнего в краткие промежут-
ки времени, в течение которых совершается скачкообразный переход
от максимальных до минимальных значений пилообразного напря-
жения.
На рис. 207, О приведена схема генератора качающейся частоты ос-
нованного на зависимости индуктивности L катушки К.2, включенной в
колебательный контур, от магии гной проницаемости ферромагнит-
ного сердечника катушки. Магнитной проницаемостью управляет
магнитный поток Ф. созданный током, протекающим в катушке К.1.
Поскольку источником намагничивающего тока является генератор
пилообразного напряжения, то пилообразной форме подчинены изме-
нения магнитного потока, магнитной проницаемости и индуктивности
катушки К.2.
256
§ 129. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ
ГЕНЕРАТОР ТИЛА ИГ-300
Измерительный прибор ИГ-
300 — это широкополосный ис-
точник электрических колебаний
синусоидальной формы,
ту которых можно плавно
менять от 0,2 до 300 кГц, а
ходной уровень — от— 0,5
+ 3,5 Нп.
По принципу действия
ГГ КМ М ФНЧ РУ У Вб
Рис. 208. Структурная схема
измерительного генератора
ИГ-300
часто-
из-
вы-
до
По принципу действия измерительный прибор ИГ-300 является
генератором на биениях. Его структурная схема показана на рис. 208.
Генераторы основных колебаний, отмеченные на схеме через Г1 и Г2,
по способу возбуждения колебаний относятся к генераторам типа LC.
Каждый из этих генераторов собран на лампе 6Ж1П 1 енератор / /
настроен на фиксированную частоту 1,7 МГн. В пределах +100 1н
его частоту можно регулировать переменным конденсатором, если
частота при смене лампы или по другим причинам отклонится от
заданного значения.
Частоту генератора основных колебаний Г2 можно плавно изме-
нять от 1,7 до 1,4 МГц. Напряжения с выходов генераторов Г1 и Г2
через катодные повторители КП1 и КП2 поступают на кольцевой мо-
дулятор Л4, собранный на германиевых диодах. На выходе модуля-
тора среди колебаний разной частоты имеются колебания частотой
от 0 до 300 кГц.
Условиям измерений соответствуют только колебания в пределах
названного выше рабочего диапазона частот 0,2 + 300 кГЦ.
Рис. 209. Внешний вид измерительного генератора ИГ-300
9 Зак. 1970
257
За фильтром в схеме включены регулятор усиления РУ, усили-
тель У и выходной блок ВБ с измерителем уровня мощности И, отгра-
дуированным в неперах. Схема блока ВБ позволяет выбирать требуе-
мое по условиям измерения выходное сопротивление прибора 600 или
135 Ом.
На рис. 209 показан внешний вид измерительного генератора ИГ-300.
Назначение органов управления, размещенных па панели прибора,
следующее. Ручка, отмеченная надписью «Частота», предназначена для
настройки измерительного генератора на требуемую частоту путем
изменения емкости конденсатора в колебательном контуре генератора
Г2. Эта ручка через передаточное устройство вращает шкалу «Грубо»,
имеющую отметки через 50 кГц, и шкалу «Точно» с отсчетом через
100 Гц. Деления шкалы «Точно» нанесены на киноленте длиной 7,5 м.
Ручкой «Рег. уровня» и переключателем «0 Нп — 2 Нп» устанавлива-
ют необходимый уровень на выходе прибора. Ручками «Гц», «0 Ги» и
«100 кГц» пользуются для проверки (градуировки) генератора перед
началом измерений с помощью кварцевого резонатора, настроенного
на .колебания частотой 100 кГц. Подробное описание порядка поль-
зования измерительным генератором ИГ-300 приводится в инструкции,
прилагаемой к каждому прибору,
Глава 20
ИЗМЕРЕНИЕ ЕМКОСТИ, ИНДУКТИВНОСТИ,
ВЗАИМНОЙ ИНДУКТИВНОСТИ и полных
СОПРОТИВЛЕНИЙ
§ 130. ИЗМЕРЕНИЕ ЕМКОСТИ КОСВЕННЫМ МЕТОДОМ
И МЕТОДОМ СРАВНЕНИЯ
Косвенный метод. Емкость конденсаторов можно измерить косвен-
ным методом с помощью амперметра и вольтметра (рис. 210, а, 6).
К измерительной цепи подводят переменное напряжение U с извест-
ной частотой /. Напряжение должно быть синусоидальной формы. Не-
синусоидальность кривой может привести к значительной погрешно-
сти измерения, так как наличие гармоник повышенной частоты приво-
дит к увеличению проводимости емкости и к значительному искаже-
нию кривой тока.
Пренебрегая влиянием сопротивления утечки измеряемого конден-
сатора Сх, измеряют ток и напряжение цепи. При этом можно считать,
что
/ = U/Xc — Uti>Cx, откуда Сх = = \l2nfU.
Для уменьшения влияния сопротивления вольтметра на результат
измерения при малых значениях емкости измеряемого конденсатора
(сопротивление 1/<оСя велико) вольтметр присоединяют до амперметра
258
Рис. 210 Схемы измерения величи-
ны емкости конденса юров
(см. рис. 210, а). При больших емкостях измеряемого конденсатора
(сопротивление 1/о>СЛ мало) вольтметр подключают параллельно кон-
денсатору Сх (см. рис. 210, б). Описанным методом чаще всего измеря-
ряют емкость электролитических конденсаторов.
Для измерения низковольтных электролитических конденсаторов
применяют схему, приведенную на рис. 210, в. Источником перемен-
ного напряжения служит вторичная обмотка понижающего трансфор-
матора Тр. Ее соединяют последовательно с источником постоянного
напряжения Е, величина которого должна быть близкой к величине
рабочего напряжения измеряемого конденсатора Сх. Переменное на-
пряжение устанавливают потенциометром R -порядка нескольких
вольт с таким расчетом, чтобы его амплитудное значение было меньше
постоянной составляющей напряжения источника Е. Сняв показания
приборов V и мА, вычисляют измеренную емкость
С -160—
U'„ I
где Сх — емкость конденсатора, мкФ;
— измеренная сила тока, мА;
U'~ — измеренное напряжение, В;
/ — частота подведенного напряжения, Ги.
При частоте 50 Гц формула принимает более простой вид
Сх = 3,2 —.
Постоянное напряжение не учитывается, оно служит только для
создания определенной полярности на конденсаторе (напряжение по-
ляризации).
При измерении емкости высоковольтных электролитических кон-
денсаторов источник постоянного напряжения Е (порядка 400 В) под-
ключают через дроссель Др параллельно к измеряемому конденсато-
ру Сх (рис. 210, а). Емкость разделительного конденсатора С должна
быть больше емкости измеряемого конденсатора Сх примерно в 10 раз.
9*
259
Рис. 211. Схема измерения емкости ме-
тодом сравнения
В приведенной схеме, милли-
амперметр градуируется в еди-
ницах емкости при определен-
ном значении переменного на-
пряжения.
Метод сравнения. Измерение
методом сравнения (рис. 211)
производится с помощью балли-
стического гальванометра и за-
ключается в сравнении отклоне-
ний его стрелки при разряде об-
разцового и измеряемого кон-
денсаторов. Перед первым измерением переключатель П устанавли-
вают в положение / и замыкают контакт 1 переключателя К. При
этом образцовый конденсатор зарядится до напряжения U источника
постоянного тока, получив заряд (?0 = C0U.
Затем переключатель К'устанавливают в положение 2. Образцовый
конденсатор разрядится через баллистический гальванометр БГ, стрел-
ка которого отклонится на угол а0, пропорциональный количеству
электричества Qn, прошедшего через гальванометр, Qn =* Сча0, где
Cq — баллистическая постоянная гальванометра.
Перед последующим измерением переключатель П устанавлива-
ют в положение 2 и в такой последовательности (как при первом изме-
рении) заряжают и разряжают измеряемый конденсатор Сх через бал-
листический гальванометр. Конденсатор Сх, зарядившись до напря-
жения источника, получил заряд Qx — Сх U. При разряде его через
баллистический гальванометр стрелка последнего отклонится на угол
ах, пропорциональный заряду Qx — Cqax.
По результатам первого и второго измерений имеем:
С9а„ =• С„(7;
Сдах = С XU.
(72)
(73)
Так как в этих выражениях U — напряжение источника питания,
одинаковое для обоих измерений, то, поделив выражение (7'2) на (73),
получим
откуда Сх = —х Со.
а» Сх ’ <х„
Если отклонения стрелки гальванометра а„ и ах были получены
при разных коэффициентах шунтирования р(, и рх баллистического
гальванометра, то равенства (72) и (73) примут вид:
Cqa0P0 = C0U, (74)
CQaxPx = CXU. (75)
После деления выражений (74) на (75) получим
-2i£2-e£», откуда Ся= Со.
Рх X Рх
250
Баллистический гальванометр может быть отградуирован в еди-
ницах измеряемой емкости, так как при постоянстве напряжения ис-
точника питания угол отклонения стрелки пропорционален величине
измеряемой емкости.
§ 131. ЭЛЕКТРОННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРОВ
Прибор, разработанный центральной лабораторией измеритель-
ной техники ВНИИЖТа [33], предназначается для измерения основ-
ных параметров электролитических конденсаторов — емкости и тока
утечки. Это показывающий прибор непосредственной оценки с диапа-
зоном измерений емкости от 0,25 до 5000 мкФ. Весь диапазон разделен
на семь поддиапазонов, точность измерения на которых не выше ±5%.
Проверка наличия тока утечки возможна в пределах 100 мкА до 5 мА
при напряжении 18 В. Питание прибора производится от сети пере-
менного тока напряжением от 127 до 242 В. частотой 50 Гц. Мощность,
потребляемая от сети, при измерении конденсатора самой большой
емкости не превышает 25 В-А.
Принцип измерения емкости прибором заключается в измерении
среднего значения разрядного тока конденсатора, периодически заря-
жаемого импульсами напряжения одинаковой величины, в промежут-
ках между которыми конденсатор разряжается.
Схема коммутации прибора при измерении емкости приведена на
рис. 212, а. Заряд конденсатора Сх происходит в течение положитель-
ного полупернода напряжения обмотки /// трансформатора Тр через
диод ДЗ. При этом тиристор Д4 закрыт. В последующий — отрица-
тельный полупериод напряжения на обмотке / тиристор открывается
положительным напряжением обмотки //и конденсатор Сх полностью
разряжается через резистор /?/, после чего тиристор вновь закрывает-
ся. Напряжение на конденсаторе измеряется прибором ИП магнито-
электрической системы, подключенным через добавочный резистор
R2. Прибор показывает величину, пропорциональную среднему зна-
чению импульсов разрядного тока конденсатора. Чем больше емкость
конденсатора, тем дольше он будет разряжаться и тем больше будет
Рис. 212. Упрощенные схемы коммутации измерения емкости конденсаторов
261
Рис. 213. Вид передней панели электронного
измерителя емкости
среднее значение разрядного тока. Поэтому шкала прибора градуиру-
ется в единицах измеряемой емкости.
Предел измерения прибора зависит от сопротивления резистора
R1. Каждому поддиапазону измерения соответствует определенный
резистор, который выбирается с помощью переключателя.
При коммутации схемы прибора для измерения тока утечки кон-
денасатора (рис. 212, б) цепь измерительного прибора ИП и соединен-
ный последовательно с ней испытуемый конденсатор Сх подключаются
к источнику стабилизированного напряжения, образованного резисто-
ром R6 и стабилитронами Д5 и Д6. Диод Д2 выпрямляет переменное
напряжение, снимаемое с обмотки // трансформатора Тр. Расширение
пределов измерения тока утечки достигается выбором соответствую-
щего резистора (на схеме R1), шунтирующего прибор.
Электронный измеритель емкости выпущен опытным заводом
ВНИИЖТа. Он оформлен в виде переносного прибора размером 240X
х 185x130 мм. На его передней панели (рис. 213) размещены органы
управления: переключатель пределов измерений «мкФ-mA», стрелоч-
ный измеритель, градуированный в единицах измеряемых величин,
зажим для подключения заземления, выключатель сети, предохрани-
тель на 0,5 А, кнопка, ручки грубой и плавной калибровки, переклю-
чатель рода измерений и зажимы для подключения к испытуемому кон-
денсатору Сх.
Для проверки наличия или измерения напряжения на конденса-
торе тумблер сети должен находиться в положении «Выкл.». Прибор
соединяют с конденсатором. При этом измерительная цепь подключает-
ся к испытуемому конденсатору, а измеритель показывает величину
напряжения.
Перед измерением емкости переключатель пределов измерения ус-
танавливают в соответствующее положение, шнур питания включают
в розетку, а тумблер сети переводят в положение «Вкл.» и производят
калибровку прибора. При нажатой кнопке ручками калибровки уста-
навливают стрелку измерителя на отметку 80. Отпустив кнопку, при-
262
бор соединяют с измеряемым конденсатором короткими проводами
большого сечения. Стрелка прибора укажет по шкале величину изме-
ренной емкости (с учетом выбранного предела измерения).
Для измерения утечки тока переключатель рода измерений уста-
навливают сначала на максимальный предел и в зависимости от угла
отклонения стрелки измерителя устанавливают предел, при котором
стрелка измерителя отклоняется примерно па 2/3 шкалы. Результат
измерения определяют по показанию стрелки измерителя с учетом
выбранного предела измерения.
Электронный измеритель емкости может применяться при профи-
лактических осмотрах и ремонте устройств СЦБ и связи, в которых
необходимо измерять емкость и утечку тока электролитических кон-
денсаторов.
§ 132. ИЗМЕРЕНИЕ ИНДУКТИВНОСТИ И ВЗАИМНОЙ ИНДУКТИВНОСТИ
КОСВЕННЫМ МЕТОДОМ
Измерение косвенным методом индуктивности катушки произво-
дится с помощью амперметра и вольтметра (рис. 214). Активное сопро-
тивление измеряемой катушки должно быть известно, его можно из-
мерить на постоянном токе, сняв показания амперметра и вольтметра
R =
При измерении индуктивности к измерительной пени подают пе-
ременное напряжение U (см. рис. 214, а, б) синусоидальной формы,
частота которого должна быть известна. Вольтметр подключают до
амперметра или после него параллельно измеряемой катушке в зави-
симости от ее сопротивления. Если сопротивление катушки относи-
тельно большое, применяют первую схему (см. рис. 214, а), при малом
сопротивлении — вторую схему (см. рис. 214, б), т. е. так же, как и
при измерении емкости.
Измерив напряжение и ток вычисляют полное сопротив-
ление катушки Z = z— Известно, что Z =. У R'2 + (wZ.)2, откуда
определяют величину измеряемой индуктивности
L _ =
со
Точность измерения этим методом
Для измерения взаимной индук-
тивности косвенным методом также
применяют амперметр и вольт-
метр. Приборы включают по схеме
рис. 215, а. К зажимам 1 и 2 под-
водят синусоидальное переменное на-
пряжение U ~ с известной частотой f.
Из курса электротехники следует,
что э. д. с. Е2, наводимая электромаг-
2л /
недостаточно высокая.
а) г~ б) г.
Рис. 214. Схема измерения ин-
дуктивности косвенным методом
263
Рис. 215. Схемы измерения взаимной индуктив-
ности косвенным методом
нитным полем в катушке L2, определяется по формуле Е2 = ЦаМ,
где М — коэффициент взаимной индуктивности.
Применяя для измерения вольтметр с большим внутренним сопро-
тивлением, а еще лучше — вольтметр электростатической системы,
можно считать, что U2, измеренное вольтметром, практически рав-
но Е. Взаимная индуктивность
1, 01 1, %3if
При помощи амперметра и вольтметра можно измерить взаимную
индуктивность, используя способ согласованного и встречного вклю-
чения обмоток катушек L1 и L2.
Для этого проводят два измерения. Первое — при соединении ка-
тушек так, чтобы их намагничивающие силы совпали по направлению
(рис. 215, б). В этом случае общая индуктивность, измеренная по схе-
ме (см. рис. 214), при подключении соединенных катушек к зажимам
3 и 4 определяется по формуле
£га„ =£/+ £2+2Л4. (76)
Для второго измерения катушки соединяют последовательно
(рис. 215, в) так, чтобы их намагничивающие силы были направлены
навстречу друг другу. Измеренная общая индуктивность катушек в
этом случае будет
£mln = £/ + L2 — 2M. (77)
Вычитая выражение (77) из (76), находят величину взаимной ин-
дуктивности М = 1 (£max - £П|1П).
§ 133. ТЕОРИЯ МОСТА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА.
МОСТЫ С ОТНОШЕНИЕМ И ПРОИЗВЕДЕНИЕМ ПЛЕЧ
В состав моста переменного тока (рис. 216) в общем случае могут
входить комплексные сопротивления Zlt Z2, Z3 и Z4. В одну из диа-
гоналей моста включают источник переменного напряжения, в ка-
честве которого используют измерительный генератор Г с соответст-
вующим диапазоном частот. В другую диагональ моста включают
нулевой индикатор И, по показаниям которого определяют равнове-
264
сие мостовой схемы. Индикатором может служить усилитель с галь-
ванометром, включенным через выпрямитель, ламповый вольтметр,
указатель уровня или в простейшем случае телефон.
При равновесии моста (кнопка К замкнута) потенциалы точек виг
равны между собой. Индикатор покажет 0. Значит, падения напряже-
ний на участках а—в и а—г равны друг другу, также равны и падения
напряжений на участках в—б и г—б. Эти равенства можно написать
в комплексной форме, выразив падения напряжений через соответст-
вующие произведения токов и сопротивлений
/jZj = /4 Z4 и /2Z2 = /3ZS.
Поделив первое уравнение на второе и учитывая, что при равен-
стве потенциалов точек виг существуют равенства токов \ — 12 и
/8 = /4, получают равенство
Zx/Z.2 = Z4/Z3 или ZtZ3 = Z2Z4. (78)
Так как эти сопротивления комплексные, т. е.
Z, = z/’*; Z2 = г2е/ф’; Z8 = г3е/ф’; Z4 =₽ ZieIVt,
то написанное ранее равенство (78) может быть представлено в следую-
щем виде: = z2e/<r«z, е/,р«, откуда следует, что z1z3 = z2z4 и
Ф1 + Фз = Фг + Ф«-
Это значит, что при равновесии моста Переменного тока произве-
дения модулей сопротивлений противоположных плеч равны между
собой, а также равны суммы фазовых углов этих сопротивлений. Сле-
довательно, для уравновешивания моста необходимо производить ре-
гулировку не менее двух различных параметров схемы.
Обычно в мостах переменного тока два плеча состоят из активных
сопротивлений (балансные плечи моста), а два других плеча представ-
ляют собой комплексные сопротивления, из которых одно — неизве-
стное Zx, а другое — известное Zo. Если сопротивления включены по
схеме, приведенной на рис. 217, а, то равновесие моста определяется
равенством
Rx Zx Rx гх i (з-х-ч-о)
_1 = —? или —=— е
R Zf\ R2 Zq
Последнее равенство возможно только при условии, что <рх — Фо -=
— 0. Это означает, что оба сопротивления должны быть одного x.i-
265
рактера (емкостные или индуктивные). В этом случае неизвестное соп-
ротивление
7 _ _£) 7
Кг
т. е. как произведение отношения балансных плеч на сопротивление
Zn образцового плеча. Такие мосты называют мостами с отношени-
ем балансных плеч.
Следовательно, мост переменного тока с отношением балансных
плеч можно уравновешивать только сопротивлением такого характера,
какой имеет измеряемое сопротивление.
При включении сопротивлений по схеме, приведенной на рис, 217, б,
для уравновешенного моста справедливо равенство
(</?2 = ZxZ0 или RlRt = zxzoel^*+v'\
Это равенство возможно только при условии, что <рл + <р0 = 0.
В этом случае сопротивления Zx = Zn должны быть различны по ха-
рактеру: одно из них емкостное, а другое индуктивное. Неизвестное
сопротивление при этом определяют как произведение балансных плеч,
у множенное на проводимость образцового плеча по формуле
zx=^4-.
•ч
Такие мосты называют мостами с произведением балан-
сных плеч.
Мост переменного тока с произведением балансных плеч уравнове-
шивают сопротивлением противоположного характера по сравнению
с измеряемым сопротивлением, т. е. измеряемую индуктивность урав-
новешивают образцовой емкостыо,-
§ 134. ИЗМЕРЕНИЕ ЕМКОСТИ И УГЛА ПОТЕРЬ КОНДЕНСАТОРА
МОСТОМ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
»
Емкость обычно измеряют мосте еременного тока с от-
ношением балансных плеч (см. рис. 217, а). При этом
одновременно измеряют и потери в конденсаторе. Их принято оце-
нивать углом б, представляющим собой угол, дополняющий до 90°
угол сдвига фаз между током, протекающим через конденсатор, и
напряжением на нем. Для технических конденсаторов оценкой по-
терь является тангенс угла потерь tg б.
Каждый реальный конденсатор может быть заменен схемой за-
мещения в виде идеального конденсатора, соединенного с активным
сопротивлением, поглощающим такую же мощность, как и реальный
конденсатор с потерями. Это активное сопротивление потерь можно
представить включенным последовательно с емкостью Сх (для кон-
денсаторов с малыми потерями, рис. 218, а) или параллельно (для
конденсаторов с большими потерями, рис. 218, в).
266
Рис. 218. Схемы замещения и векторные диаграммы конденсаторов
Из рассмотрения векторных диаграмм реальных конденсаторов
следует, что в случае конденсатора с малыми потерями (обычно кон-
денсатор небольшой емкости, рис. 218, б) величина потерь определя-
ется tg б =-• Rx<oCx. Если конденсатор обладает большими потерями
(конденсатор большой емкости с твердым диэлектриком, рис. 218, г),
они оцениваются tg б =. -—.
° /< хыСх
Применительно к виду конденсаторов используют и разные схемы
для измерения их емкости и угла потерь.
В схеме измерения емкости конденсатора с малыми потерями
(рис. 219, а) плечи отношений составляют из резисторов R1 и R2. В
плечо сравнения включают образцовое сопротивление Rlt и образцо-
вую емкость Со (магазин резисторов и магазин емкостей). Мост уравно-
вешивают путем подбора величин образцового сопротивления и об-
разцовой емкости. Равновесие определяют по нулевому индикатору
И. При равновесии моста
RiZ0 = R2ZX или R{(Ro — I —'—} = Rt(Rx — i—tt-V (79)
\ wc0 ) V mt, /
Раскрывая скобки и приравнивая отдельно действительные и мни-
мые составляющие последнего уравнения, получают:
Rx = Ra ± и СХ = СО: 4, = Со V- <80>
Если отношение плеч выбрать равным единице 1,т. е. R{ — Ri, то
RX = RV и Сх — Со. В этом случае, уравновесив мост, измеряемую
емкость определяют по показанию магазина емкостей, включенного в
Рис. 219. Схемы йогов для измерения емкости конденсаторов
2G7
образцовое плечо, а сопротивление потерь — по магазину резисто-
ров образцового плеча
Тангенс угла диэлектрических потерь измеряемого конденсатора
определяют по формуле, вытекающей из векторной диаграммы (см.
рис. 218, б), подставляя в нее измеренные значения величин из равен-
ства (80), т. е.
tg 6 =. R^CX = /?()о)С0.
В схеме измерения емкости и угла потерь конденсатора с большими
потерями (большой емкости) магазин резисторов Ru образцового пле-
ча подключают параллельно образцовой емкости Си (рис. 219, б). В
начале измерений устанавливают возможно большее значение сопро-
тивления в магазине резисторов /?0. Дальнейшей регулировкой С(, и
Ro добиваются минимального показания индикатора равновесия И.
Исходное условие равновесия удобно представить в следующем
виде:
—1— — —-— или — I —1—J- /o)C.J = —— । —/0)Сс\
«>ZU RtZx RARx J Ri \ R» Г
откуда
Rx = ^Ro „ сх=Ас, (81)
<Х •?
Тангенс угла диэлектрических потерь измеряемого конденсатора
определяют по известному соотношению из векторной диаграммы (см.
рис. 218, г), подставляя в него измеренные значения величин из фор-
мулы (81) (учитывая, что отношение плеч моста равно единице);
RxmCx *
Мостовой метод измерения применяется пе только при определе-
нии параметров конденсаторов с твердым диэлектриком. Им пользу-
ются также и при измерении параметров электролитических конден-
саторов. В этом случае в схему моста подается постоянное напряжение
поляризации (рис. 219, в). Переменное напряжение подключается че-
рез понижающий трансформатор Тр. Переменное напряжение зависит
от напряжения поляризации и должно регулироваться в границах
0,6—4,5 В (при Un от 3 до 600 В).
При равновесии моста значения емкости и угла потерь определяют-
ся по рассмотренным выше формулам.
Мостовая схема применена в приборе РМЭ-8 для измерения пара-
метров электролитических конденсаторов в производственных усло-
виях Прибор имеет диапазон измерения емкости.от Одо 10 000 мкФ.
Пределы измерения тока утечки от 0,1 мкА до 10 мА. Погрешность изме-
рений емкости составляет ± 2 ч- ± 3%. а угла потерь ± (0,051 g6 4-
+ 0,5%>, где tg 6 — измеряемое значение тангенса угла потерь.
268
§ 135. ИЗМЕРЕНИЕ ИНДУКТИВНОСТИ И ВЗАИМНОЙ ИНДУКТИВНОСТИ
МОСТОМ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Для измерения индуктивности и взаимной индуктивности чаще все-
го применяют моет переменного тока « произве-
дением балансных плеч (рис. 220).
Плечи произведения составляют из резисторов R] и R2. В образ-
цовое плечо включают параллельно соединенные образцовый резистор
Ro и образцовую емкость С„ (магазин резисторов и магазин емкостен).
Мост уравновешиваю! при заданных значениях RJ и R2 путем регу-
лировки сопротивления резистора Ru и емкости Со. При равнове< ии
моста существует равенство произведений сопротивлений его противо-
положных плеч. Следовательно,
/?1 r2 = ------(Rx + /(0£ж). (82>
—— -f- /шС()
Ко
После преобразования равенство (82) примет вид
Ri Rt (1 + 1ШСО Ro) = Ro (Rx-j- /wLx).
Раскрывая скобки и приравнивая отдельно действительные и мни-
мые составляющие этого равенства, можно получить результирую-
щие формулы для определения сопротивления и индуктивности:
Rx = RlRi-^~; ЬХ = Н^СО.
В формулах Rx, Rlt R2 и Ro в омах, Lx в генри, а Со в фарадах.
Если сопротивления Rt и R2 резисторов, входящие в произведение
плеч, будут равны по 1000Ом каждое, то их произведение будет Rt R2=
= 106, и тогда искомая индуктивность будет численно равна образцо-
вой емкости Со-
Рассмотренный мост можно использовать для измерения взаимной
индуктивности, применив способ согласованного и встречного вклю-
чений индуктивно-связанных катушек.
Катушки, соединенные последовательно (см. рив. 215, б) включают
в плечо измеряемой индуктивности (см. рис. 220) и, уравновесив мост,
определяют общую индуктивность Етах.
Затем в такой же последовательности из-
меряют общую индуктивность ЛШ1Г), соеди-
нив катушки по схеме (см. рис. 215, в).
Результат вычисляют по формуле (78).
Индуктивность и взаимную индуктив-
ность можно также измерять мостом в
отношением балансных плеч (см.
рис. 217. а). В эт©м случае образцовое
плечо Zo должно состоять из образцовой
индуктивности Lg и образцового резисто-
Рис. 220. Схема моста для
измерения индуктивности
и взаимной индуктивности
269
pa Rg. Но магазины индуктивностей сложны в изготовлении и не-
удобны в эксплуатации, поэтому такие мосты используются редко
только для специальных измерений в лабораторных условиях.
§ 136. ИЗМЕРЕНИЕ ПОЛНЫХ И ВХОДЙЫХ СОПРОТИВЛЕНИИ
МОСТАМИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Воздушные и кабельные линии, элементы различной аппаратуры
представляют собой цепи, в состав которых входит резистор R, ем-
кость С и индуктивность L. Полное сопротивление переменному току
цепи, состоящей из перечисленных элементов, является комплексной
величиной и может быть выражено равенством
Z = R ± jX,
где R — активная составляющая сопротивления;
X — реактивная составляющая, равная шЬ — —f
В зависимости от того, преобладает ли в цепи индуктивность или
емкость, полное сопротивление будет иметь индуктивный или емкост-
ный характер. Для измерения полных сопротивлений можно применить
рассмотренные схемы мостов переменного тока (см. рис. 219 и 22(1)
в зависимости от характера измеряемого полного сопротивления.
При измерении емкостных сопротивлений мостом с отношением плеч
из активных сопротивлений обычно выбирают отношение
тогда при равновесии
Z = Rj/2 Zo, или Z = Zo.
Известно, что
следовательно, и Z = /?o —/ ——,
<оСо
где Rn и Сд — соответственно сопротивление и емкость, включенные
в образцовое плечо.
Получив значения этих величин в результате уравновешивания
моста, можно определить модуль искомого сопротивления по формуле
Фазовый угол ф вычисляют по значению tg ф, который определяют
как отношение реактивной составляющей сопротивления к его актив-
ной составляющей
♦ 1 о I
{ЙФ=^-:#0=——
ojCq (oCq /\q
Затем, найдя по таблице угол ф, получают искомое сопротивление
2 — ze-if. Знак минус определяет емкостный хараыер полного сопро-
тивления.
270
Рис. 221. Схемы дифференциальных мостов
Подобным способом при помощи моста с произведением плеч можно
измерить полное сопротивление индуктивного характера.
Обычные мосты переменного тока не находят широкого применения
для измерения полных сопротивлений, так как они не обладают высо-
кой чувствительностью ввиду довольно заметного падения напряжения
на активных сопротивлениях балансных плеч. Изготовление совер-
шенно идентичных магазинов сопротивлений для этих плеч связано с
большими трудностями. Кроме того, при измерении обычными моста-
ми не обеспечивается необходимая симметричность схемы, что имеет
очень большое значение при измерении симметричных относительно
«земли» сопротивлений, особенно на повышенных частотах Поэтому
для измерения полных сопротивлений в практике специальных изме-
рений получили широкое распространение дифференциальные мосты,
свободные от недостатков, присущих обычным мостам переменного
тока.
Дифференциальный мост (рис. 221, а) состоит из
дифференциального трансформатора ДТ, к середине первичной обмот-
ки которого подводят переменное напряжение соответствующей часто-
ты через симметрирующий трансформатор Тр. Обе половины первич-
ной обмотки трансформатора ДТ совершенно идентичны, благодаря
этому отношение балансных плеч, образованных ими, равно единице.
Во вторичную обмотку трансформатора ДТ включен индикатор И
равновесия моста
Когда сопротивление образцового плеча Zo по модулю и фазе рав-
но измеряемому сопротивлениюZx, то токи, протекающие в разных по-
ловинах первичной обмотки трансформатора ДТ, будут равны. Так
как они направлены навстречу друг другу, то создаваемые ими магнит-
ные поля взаимно уничтожаются и ток в индикаторе равен нулю. При
этом сопротивления половин первичной обмотки будут чисто актив-
ными. следовательно, потери будут минимальными, а чувствительность
схемы довольно высокой.
При измерении симметричных относительно «земли» сопротивлений
применяют схему дифференциального моста, приведенную на рис. 221,6.
В этой схеме используются два дифференциальных трансформатора
ДТ! и ДТ2, к средним точкам первичных обмоток которых через
симметрирующий трансформатор Тр подается переменное напряже-
ние от генератора. Благодаря такой схеме включения потенциалы в
точках виг схемы будут равны и противоположны по знаку, что удов-
летворяет условию симметрии.
271
Рассмотренные мосты дают возможность измерять емкостные и
индуктивные сопротивления. При измерении подбирают в образцо-
вом плече Zo величину сопротивления, которая была бы равной по
модулю и фазе измеряемому сопротивлению Zx. В случае измерения
емкостных сопротивлений в образцовое плечо Zo включают резистор
/?„ с переменным сопротивлением, соединенный последовательно или
параллельно с образцовой емкостью Со. При измерении индуктивных
сопротивлений резистор /?„ включают в образцовое плечо Zo, а образ-
цовую емкость Со — последовательно или параллельно с измеряемым
сопротивлением Zx. Последовательное включение используют при
больших значениях фазовых углов, а параллельное — при малых
значениях их. Дифференциальные мосты применяют также при из-
мерениях входных сопротивлений линий и аппаратуры.
Известно, что входное сопротивление представля-
ет собой полное сопротивление, измеренное со стороны зажимов, к
которым подключено измерительное устройство. При этом необхо-
димо учитывать, что измеряемые сопротивления могут быть симмет-
ричными или несимметричными относительно земли. Примером сим-
метричного сопротивления может служить двухпроводная линия. Ее
входное сопротивление измеряют симметричным дифференциальным
мостом. Симметрия напряжения, подаваемого на измерительную схе-
му, достигается наличием симметрирующего трансформатора, через
который подключен источник питания, а симметрия потенциалов в
точках подключения измеряемого сопротивления обеспечивается при
помощи дифференциальных трансформаторов.
Входное сопротивление однопроводных линий можно измерять не-
симметричным дифференциальным мостом (см. рис. 221, о). Во всех
случаях измерений измеряемое сопротивление Z, определяют по пол-
ному сопротивлению Z(, образцового плеча моста.
§ 137. ИЗМЕРЕНИЕ МОДУЛЯ ПОЛНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
МЕТОДОМ СРАВНЕНИЯ
При опеределении модуля полного сопротивления Zx используют
простой метод сравнения его с активным сопротивлением /?0. Для это-
го сопротивления включают по схеме, приведенной на рис. 222. Ге-
нератор Г переменного тока подключают к последовательно соеди-
ненным между собой резистору Rn и сопротивлению Zx и измеряют
напряжения на них при помощи лампового вольтметра или другого
Рис. 222. Схема измерения мо-
дуля полного сопротивления
индикатора с большим входным сопро-
тивлением. Регулируя сопротивление
резистора Rn, добиваются одинаковых
показаний индикатора И. При этом мо-
дуль полного сопротивления Zx будет
равен /?0. Такое измерение возможно
при наличии магазина резисторов.
При отсутствии магазина резисторов
можно воспользоваться резистором с
272
постоянным сопротивлением Rn
и измерить ламповым вольтмет-
ром напряжение Uo на резисто-
ре Ro и Ux — на сопротивле-
нии Zx; Зная, что через Ro и Zx
протекает один и тот же ток, то
/ = Un/Rn = Us/Zx.
Отсюда модуль неизвестного
сопротивления
Ro.
Рис. 223 Схема измерения модуля
входного (характеристического) сопро-
тивления
Следует иметь в виду, что в качестве индикатора И можно исполь-
зовать любой указатель уровня. В этом случае измеряют уровень на-
пряжения р0 на известном сопротивлении Rn и уровень напряжения
рх на неизвестном сопротивлении Zx. Модуль неизвестного сопротив-
ления определяют по формуле
Zx = Ro ер*~р°.
Описанный метод прост и поэтому получил широкое распростра-
нение. В практике пользуются этим методом для измерения модуля
входного (характеристического) сопротивления линейных цепей. Из-
меряемую линию соединяют последовательно с переменным резисто-
ром Ro (магазином сопротивлений). Параллельно к этой цепи при-
соединяют генератор Г (рис. 223). Для измерения напряжения при-
меняют индикатор И такой же, как и в предыдущем случае, соеди-
ненный через двухполюсный переключатель с измеряемыми участка-
ми цепи.
Измеряют описанным выше способом входные сопротивления хо-
лостого хода Zx х и короткого замыкания ZK.B исследуемой линии.
По измеренным величинам ZK х = Rx_x и ZK 3 — RH^ определяют
модуль входного сопротивления линии г = У RXi
Измерение модуля полных сопротивлений в диапазоне звуковых
частот можно выполнить с помощью измерительного чемодана или
звукового генератора с указателем уровня. Такие приборы имеются
в каждом ЛАЦ.
Ниже описан метод, предложенный канд. техн, наук Н. Ф. Се-
менютой. Для измерений могут быть использованы схемы, приведен-
ные на рис. 224. Последовательная схема (см. рис. 224, а) применя-
ется при измерении больших, а параллельная (см. рис. 224, б) — ма-
лых сопротивлений.
В обеих схемах переменное напряжение подается от звукового ге-
нератора Г на указатель уровня УУ, при этом стрелка прибора уста-
навливается на какой-то отметке шкалы р0 Нп. При размыкании (см.
рис. 224, а) или при замыкании (см. рис. 224, б) кнопки К последо-
вательно или параллельно с указателем уровня УУ включается изме-
ряемое комплексное сопротивление Zx, которое внесет затухание в
измерительную схему. При этом стрелка прибора переместится по
Рис. 224. Схемы измерения модуля полных со*
противлений в диапазоне звуковых частот
шкале и остановится на отметке рх Нп. Зная значение внесенного
затухания а — р0 — рх, определяют модуль гя полного сопротив-
ления Zx по формулам:
для последовательной схемы
гж = (/?г + /?у)(в₽’-р«- 1);
для параллельной схемы
(83)
(84)
где RT — внутреннее сопротивление генератора;
Ry — входное сопротивление указателя уровня.
При равенстве R, — Ry = 600 Ом, наиболее часто встречающем-
ся в практике проводной связи, приведенные формулы (83) и (84) при-
нимают более простой вид
гх= 1200(^“°х- 1) и гх = -----—-----
(Л"₽х-1)
При измерении описанным методом погрешность не превышает
3—4%, что вполне допустимо при эксплуатационных измерениях.
§ 138. УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ МОСТ ТИПА Е7-4
Прибор предназначен для измерения электрического сопротив-
ления, емкости, индуктивности, тангенса угла потерь конденсаторов
и добротности катушек.
Диапазон измеряемых прибором сопротивлений от 0,1 Ом до
10 МОм разделен на семь поддиапазонов. Также обеспечивается воз-
можность измерения на семи поддиапазонах величин емкостей от
10 пФ до 100 мкФ и индуктивностей от 10 мкГ до 100 Г. Измерение
тангенса угла потерь конденсаторов tg 6 возможно в пределах 0,005—
0,1, а добротности катушек — от 1 до 100.
Основная погрешность измерения в зависимости от частоты напря-
жения, питающего измерительную часть, и диапазона измеряемых
274
Рис. 225. Функциональная схема уни-
версального измерительного моста
Е7-4
величин не превышает 2,1%. Пи-
тание прибора производится от
сети переменного тока напряже-
нием 220 В ±10% при частоте
50Гц±1%.
Прибор состоит из четырех
блоков, показанных на функцио-
нальной схеме (рис. 225). Измери-
тельная часть прибора ИЧ сосредо-
точена в блоке Б-4. Основным
устройством блока является четы-
рехплечий мост. С помощью переключателя рода измерения, нахо-
дящегося в блоке, осуществляется коммутация' плеч моста, позво-
ляющая получить схему для измерения требуемого параметра R,
С или L.
Мост для измерения сопротивления на переменном токе выполнен
по схеме одинарного моста (рис. 226, а). Неизвестное сопротивле-
ние Rx включено в первое плечо. Второе плечо R2 состоит из шести
резисторов. Необходимый резистор выбирается переключателем «Мно-
житель» применительно к требуемому диапазону измерений. Это
плечо является общим и для других мостов прибора. Плечом сравне-
ния R3 служит один из двух постоянных резисторов, переключаемых
с помощью реле, в зависимости от выбранного предела измерения.
Четвертое плечо R4 (плечо отсчета) состоит из включенных последо-
вательно магазина резисторов и одного переменного резистора. Это
плечо остается таким же и для других схем мостов.
275
Равновесие мостовой схемы при измерении на переменном токе
определяется по электронному индикатору, который включает» а
диагональ ВД, а источник переменного напряжения 3,5 В частотой
100 Гц — в диагональ АС.
Схема моста для измерения Rx на постоянном гоке такая же, но
в диагональ АС включается стрелочный индикатор, а источник по-
стоянного напряжения 50 В включается в диагональ ВД.
Для измерения емкости используется схема моста переменного ю-
ка с отношением плеч (рис. 226, б). В первое плечо включается изме-
ряемая емкость Сх. Второе плечо R2—«Множитель» — такое же,
как и в схеме предыдущего моста. Третье плечо R3 является отсчет-
ным для величины емкости и остается таким же, как четвертое плечо
моста для измерения Rx (см. рис. 226, а). Четвертое плечо предназна-
чается для компенсации сдвига фаз при наличии потерь в измеряем .м
конденсаторе. В этом плече включен переменный резистор R4, отгра-
дуированный в значениях тангенса угла потерь
Напряжение 3 В частотой 100 или 1000 Гц подается на диагональ
АС от внутреннего генератора (из блока Б-1, см. рис. 225). К диаго-
нали ВД подключается электронный индикатор.
Схема .моста для измерений индуктивностей, обладающих доброт-
ностью менее 30 (рис. 226, в), отличается от схемы для измерения ем-
кости тем, что четвертое плечо становится третьим, а третье — четвер-
тым. Переменный резистор R3 присоединяется параллельно образ-
цовой емкости СЗ. Измеряемая индуктивность LXRX включается в
первое плечо.
Для измерения индуктивностей с добротностью более 30 исполь-
зуется схема последовательного соединения R3 и СЗ в третьем плече
моста переменного тока (рис. 226, г).
Питание мостовых схем при измерениях на переменном токе осу-
ществляется от блока Б-1 (см. рис. 225). В нем имеется генератор на-
пряжения частоты 1000 Гц и усилитель мощности, выполненные на
транзисторах. Питание генератора и усилителя производится посто-
янным напряжением 22 В, которое подается от выпрямителя В из бло-
ка питания Б-2. При питании мостовых схем переменным напряже-
нием частотой 100 Гц каскады генератора используются как усилите-
ли, а переменное напряжение частотой 100 Гц подается от умножите-
ля частоты сети 50 Гц — УМЧ из блока Б-2. Переключатель частоты
помещен в этом же блоке.
Из блока Б-2 в блок Б-4 подается постоянное напряжение 50 В,
которое используется для питания мостовой схемы при измерении
Rx на постоянном токе.
Электронный индикатор равновесия моста ЭИР расположен в бло-
ке Б-3 (см. рис. 225). Это четырехкаскадный полупроводниковый уси-
литель, на вход которого подается переменное напряжение с выход-
ной диагонали соответствующего моста (/?, С или L). В схеме усили-
теля применена автоматическая регулировка усиления (АРУ), ис-
ключающая возможность перегрузки указателя равновесия мостов
УРМ при разбалансировке моста. УРМ — микроамперметр магнито-
электрической системы. В зависимости от положения переключателя
276
Рис. 227. Вид передней панели прибира Е7-4
рода измерений в блоке Б-4 УРМ подключается к выходу ЭИР при
измерении мостами на переменном токе (~R, С, L) или непосредствен-
но включается в диагональ моста при измерениях Rx на постоянном
токе. На схеме (см. рис. 225) для наглядности роль переключателя
рода измерений выполняют переключатели /77, П2 и ПЗ.
Универсальный мост Е7-4 выполнен в виде прибора настольного
типа Конструкция прибора каркасно-бесфутлярпая. Основой ее
служит каркас, к которому крепятся: передняя панель, все функцио-
нальные блоки, -обшивки и ручки для переноски.
На передней напели моста (рис. 227) расположены ручки управ-
ления прибором, зажимы для включения измеряемых сопротивлений,
указатель равновесия мостов, указатель пределов измерений, ручка
регулировки фазы, выключатель сети и зажим для присоединения
заземления.
На задней панели моста установлены зажимы для подключения
внешнего генератора с диапазоном частот от 100 до 3000 Гц, ручка ре-
гулировки напряжения генератора, корпус предохранителя и шнур
питания.
При подготовке прибора к работе ручки управления устанавли-
вают в исходные положения: «Сеть» — в нижнее положение; пере-
ключатель «Отсчет» — в положение 3\ ручки переменных резисторов
«Отсчет», «Чувствит. индикатора», «Фаза» и переключателя «Множи-
тель» — в крайнее левое положение; переключатели «С, L, ^R, ^/?» —
в положение «~/?», а «Частота Hz»—в положение 100. ручку переклю-
чателя « tg 6Q» — в положение <tg 6», а переменного резистора
«Вых. напр. генератора» — в крайнее правое положение. Ручку пере-
менного резистора «Чувствит. индикатора» необходимо устанавли-
вать в исходное положение после каждого измерения.
277
Подготовив прибор к работе, включают шнур питания в сеть пе-
ременного тока и переводят выключатель сети в верхнее положение.
Должна загореться расположенная над ним сигнальная лампочка.
Для измерения неизвестного сопротивления /?х его подключают
к зажимам «С, L, R», а переключатель «С, L, ~R, =/?» оставляют в
положении «~/?» или, если необходимо, переводят в положение «=/?».
Ручкой «Чувствит. индикатора» устанавливают его стрелку в преде-
лах 2/3 шкалы. Манипулируя переключателем «Множитель», добива-
ются минимального показания прибора. Затем постепенно увеличива-
ют чувствительность до максимума, но так, чтобы стрелка прибора
не выходила за пределы шкалы, и одновременно ручками «Отсчет»
уравновешивают мост, добиваясь наименьшего показания указателя
равновесия. Результат измерения равен сумме показаний по шкалам
«Отсчет», умноженной на показание ручки «Множитель».
При измерении емкости Сх ее подключают к зажимам моста и пе-
реводят переключатель «С, L, ~R, ^R» в положение «С», переключа-
тель « tg 5Q» устанавливают в положение « tg 6», а переключатель
«Частота Hz» — в положение «100» или «1000» в зависимости от из-
меряемой величины емкости. Мост уравновешивают в указанной выше
последовательности, манипулируя ручками «Отсчет» и «Фаза». Ре-
зультат измерения определяют так же, как и при измерении Rx, а ве-
личину тангенса угла потерь отсчитывают непосредственно по шкале
tg 6.
Измерение индуктивности производят в такой же последователь-
ности, но переключатель « tg 6ф» устанавливают в положение «(?» для
катушек с величиной добротности Q < 30, а для катушек с величиной
Q > 30 — в положение « tg 6». Отсчет измеряемых значений в верном
случае производят по шкале «(?», а во втором — по шкале « tg д»,
и тогда значение Q определяют по формуле Q = ^-.
Следует учитывать, что при измерениях на частоте 100 Гп полу-
ченное значение L надо умножить на 10.
Для таких же измерений, как и мост Е7-4, предназначен выпускав-
шийся промышленностью ранее универсальный измерительный мост
Е12-2 [21.
§ 139. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ МОСТ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ТИПА Р-556
Мост представляет собой универсальный измерительный прибор,
которым можно измерять емкости конденсаторов от 100 пФ до
100 мкФ, индуктивности катушек от 100 мкГ до 10 Г при основной
погрешности ± 5%, а также электрические сопротивления в грани-
цах от 0,1 Ом до 1 МОм с погрешностью ±2% ±±10%,' Кроме то-
го, мост дает возможность определять порядок величины tg 6, харак-
теризующей угол потерь конденсаторов, и добротности Q при измере-
нии индуктивности.
На упрощенной схеме моста (рис. 228) показаны основные элемен-
ты, из которых при соответствующей коммутации получают тоебуе-
278
ние.
228. Упрощенная схема измери-
тельного моста Р-556
мую рабочую схему для измере-
ния емкости, индуктивности или
электрического сопротивления.
Переключение схем производят
переключателем пределов изме-
рений (контакты П2а—П2ж).
Этот же переключатель исполь-
зуется в каждой из указанных
схем для изменения пределов
измерения.
В плечи моста рабочих схем
входят резисторы R1—R7, R8—
R12 и образцовая емкость С2.
Плечо R8—R12 используется
при измерении сопротивлений.
Переменный резистор R13 вы-
полнен в виде реохорда со шка-
лой и служит отсчетным плечом
при измерении величин С, L и R.
Для регулирования фазы в
схемах измерения емкости и ин-
дуктивности предназначено плечо R15—R16, также представляющее
собой переменный резистор с плавно изменяющимся сопротивлением.
Шкала резистора проградуирована в условных единицах.
Указатель равновесия мостов УРМ на переменном токе состоит
из двух каскадного усилителя на транзисторах, выполненного по схеме
с заземленным эмиттером и симметричным входом. На выходе уси-
лителя включен стрелочный прибор — микроамперметр на 50 мкА по
мостовой схеме с полупроводниковыми диодами. При измерении соп-
ротивлений на постоянном токе этот же прибор подключается без уси-
лителя. Нулевая отметка прибора смещена от начала шкалы пример-
но на 30° к ее середине.
Источником питания моста для измерения сопротивлений на по-
стоянном токе служат сухие батареи Б1 и Б2 от карманного фонари-
ка, встроенные в мост. Для питания схем измерения емкости и индук-
тивности на переменном токе предназначен генератор Г, выполненный
по схеме преобразователя с одним транзистором. Частота генерируе-
мого напряжения равна 1000 Гц. Для плавной подстройки частоты
в генераторе имеется переменный резистор. Генератор питается от ба-
тареи Б1.
Мост выполнен в виде переносного малогабаритного прибора
(рис. 229) в металлическом кожухе, экранирующем элементы схемы.
На верхней панели прибора расположены: 1 — ручка регулирования
фазы с градуированным лимбом; 2 — ручка регулировки чувствитель-
ности; 3 — переключатель рода измерений (С, L*->R). В среднем по-
ложении он отключает питание моста (на1 схеме П 1а, П1б)\ 4 — стре-
лочный прибор — указатель равновесия мостов; 5 — переключатель
пределов измерений, имеющий шесть положений для измерения ем-
кости, пять — для измерения индуктивности и семь — для измере-
279
Рис. 229. Внешний вид универсального
моста Р-556
счета в границах 7—9 делений, а
ния сопротивлений; 6 — зажимы
для подключения измеряемых
объектов (С, L, R); 7 — шкала
реохорда (R13 на схеме) и 8 —
ручка реохорда.
Для измерения с помощью
моста Р-556 измеряемый объект
подключают к зажимам 6 (см.
рис. 229). Стрелку указателя
равновесия корректором уста-
навливают на нулевую отметку
шкалы, а переключатель рода
измерений — в положение, со-
ответствующее измеряемому объ-
екту (С, L или /?). Затем руч-
кой 8 устанавливают реохорд от-
учку 2 поворачивают на 15—20°
от нулевой отметки. Потом перемещают переключатель 5 в пределе
сектора измеряемой величины до минимального отклонения от нуля
стрелки индикатора равновесия 4. Далее, вращая ручку 8 и ручку /
(только при измерении С и L), добиваются равновесия моста, при кото-
ром стрелка указателя 4 должна установиться на нулевой отметке.
Положение переключателя 5 для более точного отсчета следует
выбирать так, чтобы мост уравновешивался при положении шка. :ы
7 ближе к отметке 10.
Достигнув равновесия моста, постепенно увеличивают чувстви-
тельность указателя 4, поворачивая ручку 2 по часовой стрелке,и
продолжают уравновешивать мост до достижения манимального от-
клонения стрелки указателя 4 от нулевой отметки его шкалы. По окон-
чании уравновешивания производят отсчет, перемножая показания
реохорда (по шкале 7) и переключателя 5.
Величину tg 6 или Q (в зависимости от рода измерений) прочи-
тывают по градуировке лимба ручки /. После окончания измерений
переключатель 3 обязательно ставят в положение «Выкл.».
§ 140. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ МОСТ ТИПА МПП-300
Мост полных проводимостей МПП-300 применяют при измерениях
полных проводимостей (полных сопротивлений) воздушных и кабель-
ных линий связи и аппаратуры в диапазоне частот от 0,2 до 300 кГц.
Этим мостом можно измерять модуль полного сопротивления от 10
до 10 000 Ом. Погрешность измерения не превышает ±1,5% на час-
тотах до 150 кГц и ±2% на частотах от 150 до 300 кГц. Величину фаз-
ного угла <р можно определять в границах от +90 до —90° с погреш*
ностью, не превышающей ±1% на частотах до 150 кГц и ±5% на
частотах от 150 до 300 кГц.
Измерительный мост МПП-300 (рис. 230) представляет собой диф-
ференциальный мост, выполненный по параллельной схеме. Баланс-
280
ные плечи моста составлены из двух
трехобмоточных экранированных транс-
форматоров Тр1 и Тр2. В образцовое
плечо включена образцовая проводи-
мость Go и образцовая емкость Со. Их
значения можно изменять ь процессе
настройки моста.
В конструкции моста образцовая
проводимость Go выполнена в виде ше-
стидекадного магазина проводимостей
со следующими величинами проводи-
мостей: х 100 мСм, х 10 мСм, х 1 мСм,
х0,1 мСм, х0,01 мСм и х 0,001 мСм.
Образцовая емкость состоит из грех-
декадного магазина емкостей с величи-
Нндикатор
Рис. 230. Схема измерь тельно-
го моста МПП-300
нами X 0,1 мкФ, X 0,01 мкФ, х 0,001 мкФ и конденсатора пере-
менной емкости 1200 пФ с воздушным диэлектриком. Точность
установки значения емкости этого конденсатора обеспечивается нали-
чием верньерной ручки настройки. Для компенсации начальной емкости
этого конденсатора, а также емкости и сопротивления потерь мон-
тажа схемы в конструкции моста предусмотрен высокоомный потен-
циометр и специальный конденсатор переменной емкости. Ручки де-
кад магазинов проводимостей и емкостей, переменных конденсаторов
и сопротивлений расположены на лицевой панели моста (рис. 231).
В зависимости от характера измеряемого полного сопротивления
магазин образцовых емкостей Со в схеме моста можно подключить
параллельно магазину проводимостей Go. При этом переменный кон-
денсатор,-компенсирующий емкость монтажа схемы, будет подключен
параллельно измеряемому сопротивлению. Такое включение произво-
дят при измерении сопротивлений с отрицательным фазным углом.
Рис. 231. Лицевая панель измерительного моста
МПП-300
281
Если же измеряемое полное сопротивление обладает положительным
фазным углом, то магазин образцовых емкостей Со должен быть
подключен параллельно измеряемому сопротивлению, а переменный
конденсатор, компенсирующий емкость монтажа схемы, — параллель-
но магазину образцовых проводимостей Go. Для этих переключений
на панели моста установлен ключ К/.
Кроме ручек и ключа, на панели моста имеются зажимы для вклю-
чения генератора, измеряемого сопротивления, дополнительной ем-
кости, заземления и индикатора равновесия моста.
Источником питания моста служит измерительный генератор, а
индикатором — указатель уровня. Разность между уровнем мощности
генератора и уровнем нижнего порога чувствительности индикатора
должна быть не менее 10 Нп. В качестве указанных приборов и ге-
нераторов могут быть использованы любые имеющиеся в наличии
указатели уровня или ламповые вольтметры и любые измерительные
генераторы синусоидальных колебаний соответствующих частот.
Перед измерением симметричных относительно
«земли» сопротивлений к соответствующим зажимам моста
МПП-300 присоединяют генератор, индикатор и «землю». Ручки ма-
газинов проводимостей и емкостей устанавливают в нулевое положе-
ние. Ключ К1 ставят в положение или в зависимости от ожи-
даемого знака угла измеряемого сопротивления. Затем производят
начальное уравновешивание моста, регулируя попеременно высоко-
омное сопротивление и переменный конденсатор, компенсирующие
потери и емкость монтажа, добиваясь при этом наименьшего откло-
нения стрелки индикатора. После этого к зажимам моста присоединя-
ют измеряемое сопротивление и уравновешивают мост, изменяя по-
переменно величины проводимостей и емкостей в образцовых магази-
нах до получения минимального отклонения стрелки индикатора.
Уравновесив мост, отсчитывают показания магазина проводимо-
стей Gn и магазина емкостей Со. Зная частоту со напряжения генера-
тора, питающего мост, вычисляют тангенс угла сдвига фаз по формуле
tg<P = ^-.
По таблицам находят значение фазного угла ср. Затем определяют
модуль г, полного сопротивления Zx, активное сопротивление и
реактивное сопротивление Хх\
= = Xs = /?xtflcp.
С/о
Заземленные сопротивления измеряют так же,
как и симметричные, но только в этом случае начальное уравновеши-
вание производят, подключив заземленный конец измеряемого сопро-
тивления к зажиму моста «земля».
Модуль z и аргумент ср измеряемого полного сопротивления опре-
деляют по известной частоте f напряжения генератора, питающего
мост, и полученным значениям проводимости Gn и емкости Со по гра-
фикам, помещенным в инструкции, приложенной к мосту.
282
Глава 21
ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЕЙ ПЕРЕДАЧИ
И ОСТАТОЧНОГО ЗАТУХАНИЯ
§ HI. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Мощность тока на выходе пассивного четырехполюсника всегда
меньше мощности на его входе. Это объясняется падением напря-
жения на элементах, включенных в четырехполюснике последова-
тельно, и ответвлением тока через элементы, включенные параллель-
hoi Для опенки степени влияния четырехполюсника на уменьшение
мощности тока введено понятие—з атухание четырехпо-
люсника. Способ количественного определения затухания будет
рассмотрен ниже.
Микрофон телефонного аппарата как генератор тока может разви-
вать мощность до 1 мВт, а телефон как приемник электрической энер-
гии воспроизводит речь достаточно громко, когда мощность электри-
ческого сигнала не падает ниже значения, примерно равного
1мкВт. Линия связи, соединяющая передающее и приемное устройст-
во, тоже представляет собой четырехполюсник, в котором имеются
последовательно и параллельно включенные элементы с активными
и реактивными сопротивлениями. Если линия связи обладает столь
большим затуханием, что мощность сигнала в принимающем устрой-
стве становится недостаточной для громкого воспроизведения речи,
тогда в линию связи между передающим и принимающим аппарата-
ми включают усилители.
Четырехполюсник, показанный на рис. 232, а, вносит в тракт
передачи затухание, если А > Р2, и вносит усиление, если
А < Р..
С целью упрощения расчетов каналов связи, оценки их качества
работы и обработки результатов измерений интенсивность сигнала в
разных точках канала, степень затухания и степень усиления сигна-
ла определяют не через абсолютные значения мощности, напряжения
и тока, а посредством величины, называемой уровнем перед а-
ч и. Различают уровни
передачи по мощно-
сти, по напряжению
и по току.
Уровнем передачи по мощ-
ности. или уровнем мощности,
называют величину рм, пропор-
циональную десятичному или
натуральному логарифму отно-
шения мощности сигнала А в
рассматриваемой точке (рис.
232, 6) к мощности Рс, приня-
той за исходную, начальную
Рис. 232. Схема к определению уровня
передачи, затухания и усиления
283
мощность. Уровень передачи измеряют единицей децибел
(ДБ)
PM=101g-^-. (85)
Различают абсолютные, измерительные и отно-
сительные уровни передачи.
Абсолютным называют уровень, если в качестве исходной мощно-
. сти Рс приняты значения: для кажущейся мощности 1 милливольтам-
пер (мВ-А), а для активной мощности принят 1 милливатт (мВт),
т. е. значение, близкое к мощности развиваемой микрофоном на со-
гласованной нагрузке.
Следует иметь в виду, что в специальной литературе, относящей-
ся к технике связи, кажущейся называют полную мощность перемен-
ного тока. В книгах по основам электротехники полную мощность
обозначают буквой S или буквами а активную — буквой Р. С
целью упрощения обозначений в учебниках по измерениям в провод-
ной связи кажущуюся мощность обозначают буквой Р без индекса s,
оговаривая в тексте при необходимости, о какой мощности идет речь.
Условимся в дальнейшем исходную мощность тока в один милливольт-
ампер или в один милливатт обозначать символом Р„
Заменим в формуле (85) мощность тока Рс на Ро, тогда формула
примет вид
Рм=Ю1ё-^-дБ. (86)
Если в какой-либо точке цепи мощность Ра — Ро, то
PM=101g-^-= 101g-^ = 0.
1 с го
На основании полученного результата уровень передачи в точке,
в которой мощность электрического сигнала равна исходной мощно-
сти тока Рп, называют абсолютным пулевым уровнем. Изформулы (86)
видно: когда Ри< Ро — абсолютный уровень отрицательный (уро-
вень ниже нуля), а когда Ра > Р„ — абсолютный уровень положи-
тельный (уровень выше нуля).
Для уяснения сущности абсолютного нулевого уровня и абсолют-
ных уровней передачи полезно провести сопоставление их с такими
условными понятиями, как отметки высоты местности по отношению
уровня моря, принятого за нулевой уровень, и определение темпера-
тур по отношению нуля температурной шкалы Цельсия.
Измерительным называют абсолютный уровень передачи в какой-
либо точке цепи, если в начале цепи уровень равен нулю, а относитель-
ным называют уровень передачи в том случае, когда в формуле (85)
за исходную принята мощность Рс =# Р„.
В технике связи при измерениях применяют источники измеритель-
ного тока и нагрузки, имеющие стандартные номинальные сопротив-
ления, соответствующие стандартным номинальным выходным и вход-
ным сопротивлениям аппаратуры связи. Наиболее употребительными
являются сопротивления 600 и 135 Ом.
284
Для цепей переменного тока введем следующие обозначения: Z —
полное сопротивление, а г — его модуль; R — активное сопротивле-
ние; Zo, zo и Ro — значения указанных сопротивлений принятые за
стандартные; Uo, /0 — падение напряжения’ на стандартном сопро-
тивлении и ток, протекающий в этом сопротивлении при условии, что
выделяемая на стандартном сопротивлении мощность равна соответ-
ственно 1 мВ-А или 1 мВт.
В соответствии с принятыми обозначениями при наличии в на-
грузке реактивных составляющих
• Ро= t70/0= ^-=/^о
г»
и при наличии в цепи только активной нагрузки
tit
PO^UOIO=^- = PRO.
Решая полученные уравнения относительно (70 и /0, получим
= /о= и = Vp7r~0-' /о=рЛ(87)
Подставив в формулы (87) цифровые значения стандартных сопротив-
лений и мощности Рп, находим: при номинальном сопротивлении
600 Ом
(70 = /1 10~8-600 = 0,775 В, а /0 = /Ь 10-3:600 = 1,29 мА; (88)
при номинальном сопротивлении 135 Ом
Uо = /110’8 135 = 0.368 В, а /0 = /1- НГ3 135 = 2,72 мА. (89)
Рассмотрим случай, когда входное сопротивление четырехполюс-
ника ги = ги (рис. 232, б). При наличии этого равенства на основании
формулы (86) и принятых на рисунке обозначений можем написать,
что абсолютный уровень мощности на входе четырехполюсника
pM=10lg-^ = 101g-^-= 101r|(-^Y-^ ] =
и,. I, 1\ и, I Zo J
= 101g[/'-^-YA] =20lg-^a= 201g-^. (90)
L\ A; / г0 J ^0 ^0
Величины
pH = 20lg-^- и pT= 201g A. (91)
называются абсолютными уровнями передачи по напряжению рн и
уровнями по току рт.
Сопоставляя выражение (90) с выражением (91), видим, что в слу-
чае наличия равенства г„ = г0 (рис. 232, б) абсолютные уровни пере-
дачи по мощности, напряжению и гоку равны между собой, г. е. что
рм = рн = рт. Если же zD =/(= г0, тогда рм рн =# рт.
Абсолютному нулевому уровню мощности при любых обстоятель-
ствах соответствует мощность 1 мВ-A или 1 мВт, а значения напря-
285
жения Un и тока /п, соответствующие нулевым уровням напряже-
ния и тока, зависят от значения] стандартного сопротивления, на
которое они рассчитаны, поэтому уровень по мощности является ос-
новным, а уровни по напряжению и то току — производными.
Чтобы иметь практическое представление о единице децибел, до-
пустим, что в формуле (86) уровень по мощности равен 1 дБ, г. е. что
1= 101g А-.
Р,
Это равенство может существовать при условии 1g -б2- = -ттг. т. е. ког-
г 11 Ц) ’
да = 1,259.
* О
Аналогично на основании формулы (91) можно доказать, что уров-
ни по напряжению и току равны 1 дБ, если U,JUb = /п//0 = 1,12.
В Советском Союзе для практического применения принята еди-
ница децибел, рекомендованная Международным консультативным
комитетом по телефонии и телеграфии (МККТТ), однако в настоящее
время в эксплуатации находится значительнее количество аппаратуры
связи и измерительных приборов с градуировкой и паспортными дан-
ными, выраженными в неперах, поэтому на практике уровни переда-
чи, затухание и усиление измеряют в децибелах и неперах. При необ-
ходимости перевода значений величин с единиц одних в другие
пользуются соотношениями: 1 Нп = 8,686 дБ и 1 дБ =0,115 Нп.
§ 142. ПЕРЕХОД УРОВНЕЙ ПО НАПРЯЖЕНИЮ
К УРОВНЯМ ПО МОЩНОСТИ
Измерение мощности или тока в трактзх передачи производить
затруднительно вследствие сложности процесса измерения. Зна-
чительно проще измерять напряжение, поэтому уровни измеряют
вольтметрами, именуемыми указателями или измерителями уровней,
у которых шкалы проградуированы в неперах или децибелах Изме-
рения можно производить и обычными вольтметрами с последующим
пересчетом их показаний в единицы уровней. Ниже приведен вывод
формулы, позволяющей осуществлять переход от уровня, измеряемого
по напряжению, к уровню мощности. Известно, что
Pa=UJa = а Ро=-А,
гц А,
поэтому уровень передачи по мощности на входе четырехполюсника
(см. рис. 232, б) будет равен
pM=101gA- = 10lg^ = 101g 101gA==
Po zu и* U*
= 101g-2--10IgA- = 201g-A. -lOlgA.,
G 0 Zq Uq Zq
286
Величина рв = 20 lg-771 является уровнем напряжения, следователь-
с/0
но,
Рм = Рв-Ю18 —. (92)
го
Если гк = г0, то рм = р„.
В том случае, когда измеряемое напряжение павнс исходному UQ,
абсолютный уровень напряжения в точке производства измерений
равен нулю, так как
p„=201g-^ =20lg^ = 0. (93)
Если при этом гп -/= г0, го
р = — lOlo-fE. _ ю 1st -±i-,
г. г„
Чтобы не нарушать режим работы цепей при параллельном под-
ключении указателей уровней к цепи, указатели должны иметь высо-
коомный вход сопротивлением 6—10 кОм. В некоторых случаях при
производстве измерений в трактах передачи в входным еопротивлением
6(Ю или 135 Ом входное сопротивление указателя уровня использу-
ется в качестве нагрузки поэтому в указателях уровня, кроме’ высо-
коомного, предусматривается один или два низкоомных входа, имею-
щих указанную величину сопротивления.
Из формул (38), (89) и (93) вытекает следующее положение: если
шкала указателя уровня рассчитана на стандартное сопротивление
600 Ом, его стрелка должна устанавливаться на нуль шкалы при на-
пряжении на входных зажимах 0,775 В; если же шкала указателя рас-
считана на стандартное сопротивление 135 Ом, нулевое положение
стрелки должно соответствовать напряжению, равному 0,368 В
С учетом входных сопротивлений, на которые ра«ечитаны указа-
тели уровней, формула (92) примет вид:
Р.-Р. O.-P.-IOIS-^-. (94)
Уместно обратить внимание на ошибки, допускаемые при измере-
нии уровней передачи по напряжению без пересчета их в уровни по
мощности На рис. 233 передача идет через повышающий трансформа
тор в направлении, указанном
стрелками. Известно, что зату-
хание цепи между точками
1—2 равно
а = Pmi — Рм2, (95)
где рм1 и ри2 — уровни мощно-
сти, соответствующие ука-
занным точкам.
________________; 2_______________
zC); zf2
Рис. 233. Схема к пояснению разницы
между уровнями по мощности и по на-
пряжению
287
Иногда, не вникая в физическую сущность уровней передачи по
напряжению и уровней передачи по мощности, затухание для приве-
денной схемы определяют как разность уровней по напряжению, поль-
зуясь формулой а =-- рв1 - р„.. Поскольку U2 > Ult то pai >
и величина а получается отрицательной, но для данного случая это
абсурдный результат подобное явление м-жет иметь место, если ie-
гырехполюсник является активным и усиливает мощность сигнала,
тогда как самый лучший трансформатор, повышая напряжение, яв-
ляется пассивным четырехполюсником и всегда вызывает потери
энергии. Для данной схемы сначала необходимо определить уровни
мощности pMJ и рМ2, пользуясь формулами (94). и только после этого
вычислить затухание по формуле (95).
Пример 1. Измери1ель уровня со шкалой, отградуированной в неперах
на стандартное сопротивление 600 Ом включенный высокоомным входом па-
раллельно нагрузке 600 Ом, показал уровень ри = 0,4 Нп. Выразить этот уро-
вень в децибелах и определить мощность Р, потребляемую нагрузкой, а также
напряжение на нагрузке.
Уровень ря « 0,4 Нп = 0,4 8,686 •=> 3,474 дЬ.
Для данного случая на основании формул 90) и (91) можно составить j рав-
нение
„ U „ Р
Рн=хРм“Р”20 1g — ~10 1g —
Г о
Решая это уравнение относительно мощности Р и напряжения U находим
p.l0-‘~lgЮ10"1'* = —; Р= IO10-1 ° Р„ =
РII ’ Р о
— Ю10"1'3,474-!-10-3 =. 2,23-10-» Вт. Р-20-1 = 1g — ; 102°-1" = —•
и0' и0'
(7 = 10-°~‘ » Ю20“‘ р-0,775= I , 16 В
Пример 2. При измерении ламповым вольтметром установлено, что на на-
грузке. имеющей сопротивление г=1400 Ом, напряжение U — 0,211 В Опреде-
лить в децибелах абсолютные уровни передачи по напряжению и по мощности
на входе нагрузки
Для решения задачи воспользуемся формулами:
U г
₽H = 20lg— и рм = рн—1g — •
ы0 г„
Когда исходное напряжение U0 — 0,775 В, т. е. если оно рассчитано на
тандартное сопротивление га = 600 Ом:
Рв-20 1.6 о’^4 =—И.ЗдВ; рм*= — И ,3—10 1g= —14,98 дБ.
Когда исходное напряжение Uo = 0,368 В, т. е. если оно рассчитано на
стандартное сопротивление г0 = 135 Ом:
0,211
Рн = 20 18 о идя = — 4,83 дБ[
и, ООО
1400
Рн= —4,83— 10 1g -— =, —14,98дБ.
135
Как видим, уровень мощности не зависит от значения стандартно-
го сопротивления, принимаемого в расчетах за исходную величину.
288
§ 143. ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЕЙ ПЕРЕДАЧИ КАНАЛОВ СВЯЗИ
Важным показателем, характеризующим состояние канала меж-
дугородной связи, являются уровни передачи, измеренные в разных
точках соединения составных частей каналов. Уровни должны соот-
ветствовать паспортным данным аппаратуры, а помощью которой об-
разованы каналы. Для наглядности по данным измерений строят ди-
аграммы уровней, т. е. их графическое изображение вдоль всей цепи
между двумя оконечными или переприемными пунктами. К измере-
нию уровней и определению других паспортных данных каналов при-
ступают после проверки и регулировки оконечной и промежуточной
аппаратуры.
Для измерения уровней передачи канала тональной частоты (т. ч.)
в направлении А—В (рис. 234) на вход канала на станции А в точке
] подают сигнал частотой 800 Гц с уровнем по мощности ОдБ (при вы-
ключенном транзитном удлинителе ТУ1 уровень снижают на величину
ау. дБ, равную затуханию удлинителя). Измеряя последовательно
уровни в точках 2, 3, 4, 5 и 6, устанавливают с помощью регуляторов
усиления величину уровней, соответствующую паспортным данным.
Для измерения уровней передачи в направлении В—А поступают та-
ким же порядком, подавая сигнал в точку 6. Примерный вид диаграм-
мы уровней канала тональной частоты приведен на рис. 235.
При измерении двухпроводного канала необходимо на оконечных
и промежуточных станциях регуляторы усиления обратного направ-
ления передачи установить в нулевое положение.
А-в
Рис. 234. Структурная схема двухпроводного дуплексного канала низкой
частоты
Станция А Станция 5 Станция 8
Рис. 235. Диаграмма уровней канала низкой частоты
Ю Зак. 1970
289
Рис. 236. Упрошенная структурная схема трехканальной аппаратуры высоко-
частотного телефонирования
Процесс измерения диаграммы уровней передачи каналов, обра-
зованных g помощью аппаратуры уплотнения, рассмотрен ниже на
примере упрощенной структурной схемы трехканалыюй аппаратуры,
которая представлена на рис. 236. Перед началом измерений из трак-
та передачи исключают ограничитель амплитуд, блокируют приборы
АРУ, прекращают подачу контрольных частот, а каналы, свободные
в данный момент от измерений, нагружают на обеих станциях сопро-
тивлениями по 600 Ом. Для измерения уровней передачи в направле-
нии А—Б на станции А в гнездо Пер (или Лин. А) подают сигнал час-
тотой 800 Гц с уровнем, соответствующим паспортным данным аппа-
ратуры. Проводя последовательно измерение уровней на станциях
А, П и Б в гнездах Гн и в гнезде Пр (или Лин. Б) и производя регу-
лировку аппаратуры, добиваются, чтобы значение уровней передачи
в указанных точках соответствовало паспортным данным канала свя-
зи. При использовании гнездами Лин. А и Лин. Б вместо гнезд Пер
и Пр регуляторы усилителей низкой частоты противоположного на-
правления переводят в нулевое положение. Измерения производят,
подключая указатели уровня высокоомными входами параллельно
тракту передачи. В таком порядке измеряют каждый канал отдельно
в прямом и обратном направлении. Для измерения уровней токов
контрольных частот в обоих направлениях передачи включают пооче-
редно на передающих станциях источники контрольных частот и из-
меряют их уровни на приемных станциях. Значение уровней должно
соответствовать паспортным данным аппаратуры.
§ 144. ИЗМЕРЕНИЕ ЧАСТОТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ОСТАТОЧНОГО ЗАТУХАНИЯ КАНАЛОВ СВЯЗИ
Остаточным затуханием канала называют разность аг — рпер —
— Рпр, где риср — уровень на передающем, а рпр — уровень на при-
емном конце, выраженные’через соотношение мощностей. Если входные
сопротивления элементов канала в точках, где производят измерения,
на обоих концах равны между собой, то разность уровней, измерен-
29Q
пых по напряжению, будет равна разности уровней, измеренных по
мощности. Известно, что в результате частотных искажений в кана-
лах остаточные затухания отдельных составляющих суммарного сиг-
нала зависят от частоты. Измерение частотной характеристики оста-
точного затухания позволяет определить годность канала к передаче
информации (телефонного разговора, телеграфных сигналов, данных
для вычислительных центров) на надлежащем уровне и высоком ка-
честве воспроизведения. Измерение частотной характеристики кана-
ла производят после регулировки уровней на частоте 800 Гц в соот-
ветствии с расчетной диаграммой уровней.
Разница между остаточным затуханием на частоте 800 Гц и оста-
точными затуханиями на других частотах, в пределах эффективно пе-
редаваемой полосы частот, нормируется для каждого типа аппара-
туры. Так, например, для аппаратуры типа В-3-3 эта разница в сто-
рону увеличения не должна быть больше следующих значений: 2,17 дБ
(0,25 Нп) при f = 3004-400 Гц; 1,74 дБ (0,2 Нп) при / = 4004-600 Гц;
0,8 дБ (0,1 Нп) при f = 6004-2400 Гц; 1,74 дБ (0,2 Нп) при / =
= 24004-3000 Гц; 2,17 дБ (0,25 Нп) при f = 30004-3400 Гц. Умень-
шение остаточного затухания во всем диапазоне эффективно переда-
ваемых частот, по отношению к остаточному затуханию на частоте
800 Гц, не должно быть больше 0,87 дБ (0,1 Нп).
При измерении частотных характеристик остаточного затухания
каналов тональной частоты (см. рис. 234) генератор включают в точ-
ке / (или 6), а измеритель уровня в точке 6 (или /). При измерении
этой же характеристики в каналах, образуемых аппаратурой уплот-
нения (см. рис. 236), генератор включают в точке Пер, а измеритель
уровня — в точке Пр. Уровни передачи, подаваемые генератором в
названные точки каналов, должны соответствовать паспортным дан-
ным аппаратуры. На время снятия частотной характеристики в одном
каком-либо направлении регуляторы усиления усилителей про-
тивоположного направления устанавливают в нулевое положение.
Для наглядности нормы частотной характеристики остаточного
затухания изображают графически. На рис. 237 в качестве примера
Рис. 237. Нормы частотной зависимости остаточ-
ного затухания канала связи аппаратуры высоко-
частотного телефонирования с полосой эффек-
тивно передаваемых частот 300 —3400 Гц
10»
291
показан график, относящийся к каналам высокочастотной аппаратуры,
имеющей ширину рабочего спектра в пределах 300—3400 Гц. Точкой
в промежутке между верхней и нижней линиями графика отмечена
норма остаточного затухания при частоте 800 Гц, измеренного на при-
еме в четырехпроводном тракте. При исправном канале график ос-
таточного затухания, построенный по результатам измерений, не дол-
жен выходить за пределы отрезков ординат, ограниченных линиями,
отражающими верхний и нижний пределы остаточного затухания.
§ 145. ПРОВЕРКА УСТОЙЧИВОСТИ КАНАЛОВ
Если усиление хотя бы одного усилителя в рабочем режиме нахо-
дится близко к значению усиления, при котором усилитель начинает
генерировать, работа канала связи будет неустойчивой. Устойчи-
вость канала о = 0,5 (аг1 + аг2) — 0,5 (аЛ + а^).
гдеаг1иаг2—значения остаточного затухания в, обоих направлени-
ях передачи, измеренные в рабочем режиме;
ан и а.г2 — значения остаточного затухания, измеренные в обоих
направлениях в режиме канала, близком к возникно-
вению генерации.
Устойчивость проверяют после измерения остаточного затухания,
которое проводят, установив предварительно уровни передачи соот-
ветственно паспортной диаграмме уровней.
В двухпроводных каналах низкой частоты наиболее благоприят-
ным условием для возникновения генерации является режим холос-
того хода, а наиболее неустойчивым является средний или один из
близких к середине канала, дуплексный усилитель. Под режимом
холостого хода подразумевается режим, при котором в точках 1 и 6
на рис. 234 канал не нагружен.
Для получения значений остаточного затухания на пороге гене-
рации поступают следующим образом. На канале устанавливают ре-
жим холостого хода и па среднем усилителе постепенно в обоих на-
правлениях увеличивают усиление до тех пор, пока усилитель начнет
генерировать. После этого усиление постепенно уменьшают до значе-
ния, при котором генерация прекращается, т. е. до значения, которое
можно считать наиболее близким к порогу генерации. Появление и
исчезновение генерации проверяют телефоном переговорно-вызывно-
го устройства, включенного на позицию контроля. Оставив канал в
состоянии, близком к генерации, измеряют значение остаточных за-
туханий а.'г\ и а'г2. Чтобы исключить возникновение обратной связи,
тракт приема на станции, где включен измерительный генератор, на
время измерения размыкают, вставляя холостой штепсель в гнездо
перед дифференциальной системой на выходе низкочастотного уси-
лителя приема.
Проверку устойчивости четырехпроводных каналов низкой часто-
ты и каналов, образованных аппаратурой высокочастотного телефо-
нирования, ведут аналогичным порядком, за исключением того, что
порог генерации находят изменением усиления оконечных усилителей.
292
При остаточном затухании 6,95 дБ (0,8 Нп) на частоте 800 Гц зна-
чение устойчивости должно быть: для двухпроводного канала тональ-
ной частоты не менее 1,74 дБ (0,2 Нп), а для четырехпроводного ка-
нала тональной частоты и для канала системы высокочастотного уп-
лотнения не менее 5,21 дБ (0,6 Нп). Если значение устойчивости ниже
этих норм, то необходимо улучшить подбор балансных контуров и
провести повторную проверку устойчивости канала.
§ 146. ИЗМЕРЕНИЕ АМПЛИТУДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
И КОЭФФИЦИЕНТА НЕЛИНЕЙНЫХ ИСКАЖЕНИЙ
КАНАЛОВ СВЯЗИ И АППАРАТУРЫ
Во избежание искажения передаваемой информации каналвт связи
должны обеспечивать прямую пропорциональную зависимость между
уровнями приема и уровнями передачи. В графическом изображении
в системе координат эта зависимость имеет вид прямой наклонной
линии
Если в отдельных трактах передачи нарушен режим питания, поте-
ряна эмиссия лампы, перегружены элементы, имеющие сердечники
из ферромагнитного материала, то в канале возникнут так называе-
мые нелинейные искажения. Элементы тракта, оказавшиеся в режиме
нелинейности, нарушая указанную пропорциональность уровней на
входе и выходе элемента, искажают форму сигнала, в результате чего
в тракте передачи появляются гармоники и комбинационные состав-
ляющие частоты основного сигнала. Нелинейные искажения осо-
бенно вредны в групповых элементах многоканальной аппаратуры,
так как они усиливают переходные влияния между каналами.
Для проверки канала на отсутствие нелинейных искажений из-
меряют его амплитудную характеристику. Руководствуясь паспорт-
ными данными при частоте сигнала 800 Гц, устанавливают на пере-
даСощем конце некоторый минимальный уровень дпер, измеряют уро-
вень на приемном конце рпр и вычисляют остаточное затухание, поль-
зуясь формулой а, = рпер — рар. Затем, последовательно увеличи-
вая уровень передачи на величину Дрп Др2, Дрз и т. д., измеряют
уровни приема и каждый раз вычисляют остаточное затухание. При
отсутствии нелинейных искажений приращение уровней на приемном
конце канала должно быть равно соответствующим приращениям
уровней на передающем его конце. Отсутствие нелинейных искаже-
ний будет подтверждаться неизменностью остаточного затухания ка-
нала, так как
«г = Рпер Рпр = (Рпер "Г" ^Р1) (Рпр ^Р1) ~~
= (Рпер + Арг)—(Рпр + ДРг) и т.д.
Когда после очередного приращения уровень передачи выйдет
за пределы линейной характеристики элементов канала, возникнут
нелинейные искажения. По этой причине окажется нарушенным рас-
смотренное равенство, поскольку приращение уровня на приемном
конце канала будет меньше приращения уровня на передающем.
293
При измерении амплитудной характеристики двухпроводного ка-
нала г. ч. (см. рис. 234) остаточное затухание определяют как разность
\ровней в точках I и 6. На время измерения характеристики канала
в одном направлении регуляторы усиления усилителей противопо-
ложного направления устанавливают в нулевое положение.
Амплитудную характеристику каналов высокочастотных систем
(см. рис. 236) измеряют в четырехпроводном тракте. Для этого на
одной станции на вход канала в точку Пер подают ток частотой
800 Гц, последовательно изменяя уровень передачи сначала при вы-
ключенных, а затем повторно при включенных ограничителях ампли-
туд. Остаточное затухание определяют как разность \ровней в точках
Пер и Пр передающей и принимающей станций.
Подаваемые уровни и допустимые нормы отклонения остаточного
затухания при снятии амплитудных характеристик указываются в пас-
порте соответствующей аппаратуры.
Практически каналы вносят некоторые искажения, которые не
должны превышать установленный предел для каждого типа аппара-
туры. Этот предел количественно характеризуется коэффициентом
нелинейных искажений.
Если на вход четырехполюсника, вносящего нелинейные искаже-
ния, подать синусоидальное напряжение, то на его выходе, кроме ко-
лебания основной частоты, возникнут гармоники основного колеба-
ния Коэффициент нелинейных искажений в этом случае определяется
по одной из приведенных ниже формул:
и,
к,-. Hw-tl lnow
]Л/'+О'= + (/? + ... + 17»
где Ux — эффективное значение напряжения основ-
ной частоты на выходе измеряемого объек-
та (канала или любого четырехполюсника);
(/2- ....Un — эффективные значения напряжения каждой
гармоники основного колебания на выхо-
_________________ де измеряемого объекта,
К(Л? + + ... + Ui — эффективное значение суммарного напря-
_________________ жения гармоник;
+ U2i + ... 4* Un—эффективное значение суммарного напря-
жения основной частоты и его гармоник.
Между коэффициентами /Q и /<2 существу-
ет зависимость
294
При искажениях, не превы-
шающих 10—15%, коэффициен-
ты Ki и К2 практически равны
между собой. Например, если
К2 = Ю%, то = 10,05%,
если = 15%, то Kt = 15,2%.
Коэффициент К нормируется
для каждого типа аппаратуры
П1
Рис. 238. Упрощенная структурная схе-
ма измерителя нелинейных искажений
типа С6-5
и колеблется в пределах 1,5—
2,5% на один переприемный участок. Чтобы определить норму нели-
нейных искажений в канале, составленном из п переприемных участ-
ков, норму одного участка умножают на коэффициент, равный ]/~п.
Для измерения коэффициентов нелинейных искажений применяют
различные типы приборов. На рис. 238 представлена упрощенная струк-
турная схема прибора типа С6-5, которым измеряют коэффициент К2.
В основу построения этой схемы положено раздельное измерение эффек-
тивного напряжения искаженного сигнала]/U2. + U*2 + Ц2 + ... + У*
и эффективного напряжения одних гармоник У U2 + У' + ••• + Уп-
Порядок измерений названным прибором следующий. Пользуясь
переключателем /72, ламповый вольтметр ЛВ подключают на выход
предварительного усилителя ПУ, после чего, изменяя усиление уси-
лителя, доводят стрелку индикатора лампового вольтметра до опре-
деленной неизменно фиксированной для данного прибора отметки
шкалы. Эта отметка в некотором масштабе соответствует эффективно-
му значению напряжения искаженного сигнала. Рассмотренная one
рация именуется калибровкой сигнала. Затем, не изменяя усиления
усилителя ПУ, вводят в схему измерения переключателем /72 за
держивающий Фильтр ФЗ и усилитель гармоник У Г. Фильтр настра
ивают на основную частоту сигнала. Точностьнастройки определяется
минимальным показанием индикатора лампового вольтметра. По
скольку основное колебание задержано фильтром, то найденная при
втором измерении отметка шкалы соответствует эффективному напря
жению гармоник. Благодаря тому, что при первом измерении уровень
всего эффективного напряжения исследуемого сигнала всегда дово
дится до строго определенного значения, можно отградуировать шка-
лу непосредственно в процентном отношении измеренных напряжений.
Усилитель УГ предназначен для согласования мостового фильтра
с ламповым вольтметром, кроме того, усилитель компенсирует то не
большое затухание гармонических составляющих, которое вносится
мостовым фильтром.
В ламповом вольтметре прибора С6-5 предусмотрены выводы для
подключения осциллографа. Наблюдение кривой напряжения на эк
ране осциллографа может дать приближенное представление о сте-
пени искажения сигнала Прибор С6-5 предназначен для измерения
коэффициентов нелинейных искажений в диапазоне частот от 20 Гн
До 200 кГц. Его можно использовать и как ламповый вольтметр для
измерения действующих значений напряжений переменного гока си-
нусоидальной и несинусоидальной формы в пределах от 0,0001 до
295
100 В, в диапазоне частот от 20 Гц до 1 МГц. На режим вольтметра
прибор переводят переключателем П1. Прибор рассчитан на питание
от сети переменного тока.
Узлы связи на дорогах располагают измерителями нелинейных
искажений прежних выпусков типа С6-1 и ИНИ-12. Они имеют струк-
турную схему, подобную схеме на рис. 238.
При отсутствии прибора для измерения нелинейных искажений
коэффициент нелинейности можно определить е помощью диапазон-
ного генератора и селективного прибора, позволяющего раздельно
измерять напряжение или уровень каждой составляющей сложного
многочастотного сигнала (см. гл. 23). Измерив напряжение основного
колебания и каждой гармоники (практически достаточно измерить
три-четыре гармонических составляющих), производят вычисление
коэффициента нелинейности, пользуясь приведенными формулами.
Для обеспечения точности измерений необходимо применять измери-
тельный генератор, у которого коэффициент нелинейности генерируе-
мых колебаний не превышает 0,5%. В тем случае, когда генератор не
соответствует приведенной норме, па выходе генератора включают
фильтр, подавляющий гармоники основной частоты.
Рассмотренные коэфициенты Ki и /<2 выведены на основе оценки
нелинейных искажений по методу одного исходного синусоидального
колебания. Для более точной оценки систем, по которым передает-
ся информация, находит применение двухчастотный метод.
При двухчастотном методе на вход исследуемого четырехполюс-
ника (канала) подают сигнал, в состав которого входят два синусои-
дальных колебания, имеющих частоты Д и /2. Если четырехполюсник
имеет нелинейную характеристику, то на его выходе в составе сигна-
ла, кроме основных колебаний Д и /2 и их гармоник, появятся комби-
национные частоты вида (/, ± /2), (2/\ ± /2), (ЗД ± /2) и т. д. Коэф-
фициент К2 в этом случае определится из отношения эффективного
значения суммарного напряжения гармоник и комбинационных сос-
тавляющих к суммарному эффективному напряжению всего иска-
женного сигнала.
При измерении коэффициента К2 двухчастотным методом необхо-
димо иметь прибор, в котором должны быть два задерживающих
фильтра для подавления колебаний двух основных частот.
Глава 22
ИЗМЕРЕНИЕ ЗАТУХАНИЯ И УСИЛЕНИЯ
ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКОВ
§ 147. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Тракт передачи канала связи от передающего до приемного уст-
ройства состоит из четырехполюсников. Уменьшение или увеличение
мощности электрического сигнала в пределах четырехполюсника за-
висит от значения выходных и входных сопротивлений элементов
296

смежных с данным четырехпо-
люсником. Поэтому, исходя из
условий работы четырехполюс-
ника, его затухание подразде-
ляют на собственное, вносимое
и рабочее.
Собственное зату-
хание несимметричного че-
тырехполюсника, имеющего ха-
рактеристические сопротивления
Рис. 239. Схема к определению собст-
венного затухания
гс1 и Zes, а также симметричного
четырехполюсника с характеристическими сопротивлениями
(рис. 239) равно:
«с =
где Рх — кажущаяся мощность на входе четырехполюсника;
Р2 — кажущаяся мощность тока, которая выделяется на сопро-
тивлении z2 нагрузки.
Мощности Ру и Р2 соответствуют режиму, когда входное сопро-
тивление гвх испытуемого четырехполюсника ИЧ равно гС1. А это
может быть при условии, что сопротивление г2 равно характеристи-
ческому сопротивлению четырехполюсника со стороны выхода, г. е.
2*2 = ^С2-
Учитывая, что
а Рг = Уг/2=—,
гс, ?с2
находим
«c=101g-^-= 20 ---lOlg^-.
гс) Ul U-, гС2
Поскольку логарифм единицы равен нулю, то для симметричного
четырехполюсника (гс1 = гС2 = гс) собственное затухание
а0 = 201g-£- = 20lg= 20 1g20 1g= рп1 -рн2.
с/ о U (J q и о U $
Вносимое затухание четырехполюсника определяет-
ся по формуле
ссв= 101g(96)
Г ?
где Р„ — кажущаяся мощность, которую может отдать генератор
приемнику, присоединенному к нему непосредственно;
Р2 — кажущаяся мощность, фактически воспринятая приемни-
ком от этого же генератора через четырехполюсник.
Рабочее затухание цепи определяется из выражения
ар= 101g (97)
Р я
297
где Ртах — максимальная кажущаяся мощность, которую может по-
лучить приемник, подключенный непосредственно к гене-
ратору, при условии, что входное сопротивление прием-
ника гп равно внутреннему сопротивлению генератора
zr (рис. 240, а);
Р.,— кажущаяся мощность, фактически получаемая прием-
ником с сопротивлением z2, подключенным к генератору
через четырехполюсник ИЧ (рис. 240, б).
На основании определения, данного для величины Ртак, и обо-
значений, принятых на рис. 240, а, можно написать P,naK = IU, но
при наличии равенства гп = гг:
/ = — = —, а (/ = —,
гп гР 2
где Е — э. д. с. генератора.
Поэтому
, Е п Е Е Ег
” Т * *тах — ~~ _ — .
2гг 2гг 2 4г₽
(98)
Из рис. 240, б видно, что
Р, = {/2/2=—. (99)
Подставляя из формул (98) и (99) значения Ртах и Р„ в формулу
(97), находим
а _ ю lgloigl?
p Рг 4zrUj 5L\ ЗУ») гг J
= 20 1g —+ 10 lg—. (100)
Собственное затухание, измеренное на разных час-
тотах в практически необходимом спектре, позволяет определить час-
тотную характеристику потерь, вносимых четырехполюсником, зави-
сящих только от внутренней структуры самого четырехполюсника и
качества входящих в него элементов.
Фактически во многих случаях четырехполюсник работает в
условиях, когда входные сопротивления смежных электрических це-
пей не соответствуют характеристическим сопротивлениям этого че-
тырехполюсника. Несоответствие может быть только на некоторых
частотах или во всем диапазоне требуемых частот. Рабочее
затух ание характеризует действительные потери энергии в це-
пи на разных частотах при сложившихся в ней условиях несогласо-
ванности.
Физический смысл вносимого затухания виден из
следующего примера. Для согласования включенных последователь-
но двух цепей с разными характеристическими сопротивлениями при-
меняют переходные устройства (трансформаторы, автотрансформа-
торы). По результатам измерения вносимого затухания в заданном диа-
пазоне частот можно судить о качестве включенного переходного уст-
ройства.
298
Рис. 240. Схема к определению рабочего затухания и рабочего усиления
Рабочее усиление цепи в единицах передачи
Sp=101g-^—, (101)
'max
Здесь кажущиеся мощности Р2 и Pmnx имеют те же значения, что
и в формуле (97). Если в выражение (101) подставить значения Ртах
и Р2 из формул (98) и (99), а четырехполюсник принять за усилитель
(см. рис, 240, б), то получим
<Sp = 201g-^-—101g —. (102)
Е гр
§ 148. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ РАБОЧЕГО ЗАТУХАНИЯ
Рабочее затухание измеряют методом известного генератора, ме-
тодом Z, методом замещения и другими методами.
Метод известного генератора, т. е. метод измере-
ния при помощи передатчика в известным внутренним сопротивлением
и известной величиной э. д. в., вытекает непосредственно из формулы
(100).
Первое слагаемое этой формулы 20 lg EI2U, при известной ве-
личине Е можно вычислить, измерив предварительно высокоомным
вольтметром напряжение U2 па выходе четырехполюсника (см.
рис. 240, б). Второе слагаемое тоже можно вычислить, имея величину
сопротивления генератора гг и измерив входное сопротивление при-
емника za, хотя его значение, как правило, заранее известно. Опре-
деление рабочего затухания цепи методом известного генератора мож-
но упростить, если перейти от измерения напряжений к измерению
уровней передачи.
299
Умножив числитель и знаменатель первого слагаемого в формуле
(100) на напряжение Uo, соответствующее нулевому абсолютному уров-
ню по напряжению, при стандартном сопротивлении г0 (см. § 141)
получим
ap = 201g-^-+ 101g ^2-= 201g-Л--------201g+
2U 2 Uq zp 2£7q j Uq
+ 101g—^=p£/2—pH24-lg—, (103)
гг
где Pe/2 — абсолютный уровень половины э. д. с. генератора;
рн1 — абсолютный уровень по напряжению па входе приемника.
Если значение э. д. с. генератора известно, то уровень половины
э. д. с. Ре/2 можно определить расчетом или по таблице, в которой
напряжение, выраженное в вольтах, переведено в абсолютные уров-
ни по напряжению, выраженные в неперах или децибелах. Абсолют-
ный уровень напряжения рН2 измеряют указателем уровня, а значе-
ние третьего слагаемого формулы (103) опредетяют расчетом. При не-
известной э. д. с. Е, но известном сопротивлении генератора величи-
ну Ре/2 можно измерить непосредственно, пользуясь схемой, представ-
ленной на рис. 240, а, подключив указатель уровня высокоомным
входом параллельно входу приемника, при равенстве zr = гп.
Для частного случая, когда внутреннее сопротивление генератора
равно входному сопротивлению четырехполюсника со стороны входа
(см. рис. 240, б), уровень половины э. д. с. определяют непосредствен-
ным измерением на выходе генератора
Измерение р£/2 можно заменить измерением абсолютного уровня
Ре э. д. g. генератора. Для этих величин можно написать равенства:
p£=201g-^-; рЕ/2= 201g — дБ.
I/O
Вычитая из первого выражения второе, имеем
£ Pe—Pe/2 = 20 1g-- ^0 - 201g — = 201g-^2- = ь 2U0 U0E =20 lg-2=6 дБ, (104)
откуда Ре/2 = Ре — &Д.Ь. (105)
Подставляя результаты (104), (105) в формулу’ (103), получим
"г
Рис. 241. Схема измере-
ния абсолютного уровня
э. д. с.
«р = (Р£- 6)-pu2+101gX (106)
2г
Величину ре можно измерить, включив
указатель уровня высокоомным входом
к генератору, находящемуся в режиме
холостого хода (рис. 241).
С целью облегчения процесса измере-
ния рабочего затухания отдельного тракта
аппаратуры методом известного генератора
рекомендуется составить измерительную
Зоо
ехему, показанную на рис. 242.
Расчет затухания е использо-
ванием результатов измерения
производится по формуле (103).
Значение Рец измеряют в ниж-
нем положении, а значение
рИ2 — в верхнем положении пе-
реключателя П.
Метод разности
уровней, применяемый для
измерения рабочего затухания,
является производным ©т метода
известного генератора. Им
Рис. 242. Схема измерения рабочего за-
тухания четырехполюсника методом из-
вестного генератора
иногда пользуются, когда известно, что в рабочей, схеме входное
сопротивление гвх измеряемого четырехполюсника ИЧ равно выход-
ному сопротивлению предыдущего элемента гвых. При этих усло-
виях уровень напряжения рн1 на входе четырехполюсника (ем.
рив. 240, в) можно принять за величину рЕ/2, считая, что такой
уровень создает условный генератор е внутренним сопротивлением,
равным г, — 2ЬЫ1 = гвх. Тогда формула (103) примут вид
«р = РН1—Рн2+ 1g — ’
гвх
Если г2 = гС2, то гвх = гс1, поэтому
а₽ = Pui-pu2+101g(107)
гС1
Для симметричного четырехполюсника ар = р„г — рн2.
Метод Z построен на преобразовании произвольно взятого ге-
нератора в генерат©р в заранее заданными величинами внутреннего
сопротивления и электродвижущей силы. Преобразование генератора
производится на основании следующих воображений. Величина тока
на входе четырехполюсника, включенного по схеме, представленной
на рис. 243, а,
1 Z+Zbx '
где Е и Z — э. д. в. и внутреннее сопротивление генератора;
ZBX — входное сопротивление четырехполюсника
Ток на входе четырехполюсника, включенного по схеме, показан-
ной на рис. 243, б,
/;=—и—.
Z+ZBx
В этой формуле через Z обозначено сопротивление, включенное в
цепь между генератором и четырехполюсником, оно взято равным
внутреннему сопротивлению генератора в вхеме, изображенной на
рис. 243, а. Из обозначений, принятых на схемах, видно, что оба че-
тырехполюсника по своим параметрам идентичны и имеют одинако-
301
Рис. 243. Схемы к пояснению измерения рабочего затухания методом Z
вые нагрузки, а поэтому они будут находиться в одинаковом режиме
работы, если токи /1 и /[ на их входах будут равны между собой. Это-
го можно добиться, установив с помощью магазина затуханий М3
равенство U = Е. При соблюдении этих условий генератор с выход-
ными зажимами в-г (см. рис. 243, б) окажется эквивалентным генера-
тору в схеме, изображенной на рис. 243, а, подключенному к четырех-
полюснику через выходные зажимы а-б. Из приведенных сравнений
двух схем видно, что генератор с произвольной э. д. с. £у и произ-
вольным внутренним сопротивлением Zy (см. рис. 243, б) можно пре-
образовать в генератор с определенной заранее заданной величиной
э. д. с., равной U, и определенным внутренним сопротивлением Z.
Последнее обозначение легло в основу наименования метода, в кото-
ром применяют преобразованный генератор. Величина внутреннего
сопротивления преобразованного генератора диктуется конкретными
условиями измерений. .
При измерении методом Z в формуле (106) сопротивление гг заме-
няют сопротивлением г, а уровень рЕ уровнем ри, измеренным в точ-
ках а-б (см. рис. 243, б) прибором с высокоомным входом.
Сущность метода «равнения, применяемо-
го в сочетании с методом Z для измерения рабочего за-
тухания, показана на рис. 244. В этой схеме сопротивления г и гм
разделены на две равные части для обеспечения симметричности каж-
дой ветви схемы. Магазин затуханий М32, применяемый в схеме, яв-
ляется симметричным четырехполюсником с характеристическим соп-
ротивлением гм и на выходе имеет согласованную нагрузку, благо-
даря чему входное сопротивление магазина со стороны зажимов в-&
Рис. 244. Схема измерения рабочего затухания методом сравнения в сочета-
нии с методом Z
302
! равно характеристическому со-
противлению гм. По отношению
нижней ветви схемы преобразо-
ванный генератор имеет внут-
реннее сопротивление, тоже рав-
ное гм, поэтому напряжение на
входных зажимах магазина за-
тухания будет равно UJ2. При
условиях, созданных в нижней
ветви схемы, затухание мага-
зина М32 равно:
aM = 201g-^-,
" 2(/м
Рис. 245. Схема измерения рабочего за-
тухания при согласованных сопротивле-
ниях четырехполюсника с сопротивле-
ниями генератора и нагрузки
а рабочее затухание четырехполюсника ИЧ верхней ветви опреде-
ляется по формуле (100), в которой для данного случая Е — а
?г = г, поэтому
а” = 2018^7+ 10,8Т- (108)
Изменяя данные магазина М32, можно добиться, чтобы напряже-
ние нижней ветви UM было равно напряжению на выходе верхней вет-
ви U2, что дает возможность записать равенство
aM = 201g-^i-= 201g-^-
и заменить им первое слагаемое формулы (108), которая примет вид
ap = aM+101g-^.
Значение ам отсчитывают непосредственно по шкале магазина за-
туханий М32.
Если же сопротивление г преобразованного генератора верхней
ветви цепи установить равным сопротивлению нагрузки г2, то рабо-
чее затухание четырехполюсника будет равно затуханию магазина:
ар = ам. При данных условиях измерение рабочего затухания сво-
дится к подбору таких данных магазина Л432Дпри которых напряже-
ние на его выходе UM окажется равным напряжению И2 на выходе
верхней ветви. Напряжение можно измерять любым индикатором с
высокоомным входом, добиваясь равенства углов отклонения стрелки
прибора при обоих положениях переключателя. В процессе измере-
ния по схеме рис. 244 необходимо следить, чтобы напряжение при
обоих положениях переключателя П было одинаковым.
Схема измерения по методу сравнения для частного случая изобра-
жена на рис. 245. При обеспечении равенства t/M — U2 на основа-
. нии формулы (107) можно написать:
«м = Ап—Ря21 аР = Pm— Pil2+ 10 'g — = a«4-101g .
гС1 4ci
ЕСЛИ 2f., i 2с2, ТО ССр — (Хм.
303
§ 149. ИЗМЕРЕНИЕ СОБСТВЕННОГО И ВНОСИМОГО ЗАТУХАНИЯ
Методы, рекомендованные для измерения рабочего затухания,
могут быть применены и для определения собственного затухания,
но с той разницей, что в последнем случае должны быть обеспечены
условия согласования четырехполюсника с нагрузкой. Если харак-
теристическое сопротивление измеряемого четырехполюсника имеет
комплексный вид, то согласование необходимо обеспечить как по ак-
тивной, так и по реактивной составляющей.
Схема измерения собственного затухания
по методу сравнения приведена на рис. 246. Для общего
случая взят несимметричный четырехполюсник. В соответствии с из-
ложенными выше соображениями в схеме обеспечивают равенство
между характеристическим сопротивлением ZC2 измеряемого четырех-
полюсника и входным сопротивлением нагрузки Z2.
При этих условиях собственное затухание несимметричного четы-
рехполюсника равно
ac=I01gA= 101g-^i = 201g-^--101g-^-. (109)
P 2 гС1 ^2 ^2 2*02
Собственное затухание магазина М32 как симметричного четырех-
полюсника, имеющего согласованную нагрузку,
. aM = 20lg-^-.
Обеспечив равенство = U2 изменением величин, входящих в
магазин затуханий, можем написать, что
aM = 20Ig^.
С/л
Заменяя этим отношением первое слагаемое формулы (109), полу-
чим
ас = ам— 10 lg -21--
ZC2
Если измеряемый четырехполюсник симметричный, тогда ас —
= ам, так как у симметричного четырехполюсника г01 = гс2 и второй
член выражения обращается в нуль.
В процессе измерений g помощью магазина М31 необходимо под-
Рис. 246. Схема измерения собственно-
го затухания методом сравнения
держивать неизменным напря-
жение UY при разных положе-
ниях переключателя П.
Согласование соп роти вл ен и я
нагрузки четырехполюсника о
учетом равенства активных и
реактивных составляющих за-
трудняет процесс определения
собственного затухания четы-
рехполюсника, поскольку в
304
большинстве случаев согласова-
ние необходимо обеспечить в
широком диапазоне частот.
Поэтому часто при определении
частотных характеристик четы-
рехполюсника ограничиваются
измерением рабочего затухания.
При большом собственном зату-
хании приближенные данные его
значения можно получить, если
в качестве нагрузки применить
активное сопротивление, равное
модулю характеристического со-
противления четырехполюсника.
Схемой, рассмотренной на
рис. 246, можно воспользовать-
ся для измерения собственного
затухания четырехполюсника с
сосредоточенными элементами,
входящими в его состав, т. е. когда в пункте измерения доступны
и входные и выходные концы. Для измерения собственного зату-
хания однородной линии методом сравнения составляют схему,
представленную на рис. 247, а в условием, чтобы обе цепи имели
одинаковые параметры. На этом рисунке приняты следующие
буквенные обозначения; Г — генераторы; И — индикатор; ИУ1
и ИУ2— измерители уровней; Zc — характеристическое сопро-
тивление линии; Z2 — нагрузочное сопротивление; М3 — магазин
затуханий; ZM—его выходное и его нагрузочное сопротивление. Все ра-
венства, выведенные для определения собственного затухания четырех-
полюсника по схеме рис. 246, остаются действительными и для изме-
рений по схеме рис. 247, а. Поскольку линии Л1 и Л2 являются сим-
Рис. 247. Схема измерения собственно-
го затухания линии
метричными четырехполюсниками, то при наличии равенства напря-
жений (7М = U2 суммарное затухание обеих цепей равно ам, а зату-
хание одной цепи ас = ам/2. Взаимное влияние между линиями Л1
и Л2 отражается на результатах измерений. Поэтому схему, рассмот-
ренную на рис. 247, а, можно применять при условии, что переходное
затухание между этими цепями
превышает значение а0 не ме-
нее чем на 20 дБ.
При отсутствии второй цепи,
удовлетворяющей выше указан-
ным условиям, собственное за-
тухание линии связи измеряют
методом разности уровней, со-
бирая схему по рис. 247, б.
Собственное затухание цепи рас-
ечитывают по формуле ас =
= pi — р2, где^! и р.г — уровни
по напряжению, измеренные о'
Рис. 248. Измерение вносимого затуха-
пия методом Z
305
помощью приборов ИУ1 и ИУ2, включаемых в схему высокоомными
входами. По точности измерений метод разности уровней уступает
методу сравнения.
Вносимое затухание четырехполюсника
ИЧ можно измерить методом Z по схеме рис. 248. Исходя из опреде-
ления вносимого затухания и пользуясь обозначениями на схеме,
придадим формуле (96) вид
а = wig 201g-^-= 201g-^- =
= 20lg-^-201g-£- = pH1-pH2. .
Уровень рн1 измеряют в нижнем, a p„2 в верхнем положениях спа-
ренного переключателя, поддерживая в обоих случаях напряжение
U неизменным.
Результат измерений вносимого затухания выражают в децибе-
лах или неперах соответственно градуировке указателя уровня.
§ 150. ИЗМЕРЕНИЕ РАБОЧЕГО ЗАТУХАНИЯ ФИЛЬТРОВ
Частотную характеристику рабочего затухания фильтров можно
измерить любым из рассмотренных выше способов. Результаты из-
мерения фильтров, работающих параллельно, будут отражать дей-
Рис. 249. К поясне-
нию влияния гармо-
нических составляю-
щих напряжения на
результаты измере-
ния затухания фильт-
ра
ствительность лишь при условии, что выходы
(входы) фильтров, не занятые в момент изме-
рений, будут нагружены сопротивлениями, со-
ответствующими рабочему режиму. Это требова-
ние необходимо выполнять при любых методах
измерений всех многополюсных схем (направ-
ляющих и линейных фильтров, дифференциаль-
ных систем и других элементов аппаратуры с
параллельными ответвлениями). Кроме того,
при измерении фильтров следует иметь в виду
влияние гармонических составляющих напряже-
ния генератора Г. Из рис. 249 видно, что ука-
затель У У фиксирует разные значения уровней
тока с частотой одно значение будет при
отсутствии гармоники 2/х и другое при ее наличии. Поэтому реко-
мендуют при снятии частотной характеристики фильтров применять се-
лективный указатель уровня, например прибор ИУУ-300 или СИУ-300.
§ 151. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ РАБОЧЕГО УСИЛЕНИЯ
Исходные положения для выбора методов измерения рабочего уси-
ления определяются формулой (102). Сравнение этой формулы с фор-
мулой (100) показывает, что измерение рабочего усиления можно про-
изводить методами, аналогичными методам, применяемым для изме-
306
рения рабочего затухания, учи-
тывая при этом некоторые осо-
бенности работы активных четы-
рехполюсников в режиме усиле-
ния. Например, при снятии ча-
стотной характеристики усили-
теля необходимо на его входе
поддерживать уровни, обеспе-
чивающие работу усилителя в
пределах прямолинейной части
амплитудной характеристики, а
Рис. 250. Схема измерения усиления ме-
тодом известного генератора
при измерениях, производимых для снятия амплитудной характери-
стики усилителя, необходимо иметь возможность регулировать напря-
жение на входе усилителя в широких пределах.
Измерение рабочего усиления методом
известного генератора производят с помощью схемы,
изображенной на рис. 250. Применительно к этой схеме формуле (102)
можно придать вид
S„=20lg - 101g —= 201g——
р 6 EU0 гг ь Uo
-20 1g -------10 1g — = рв2 - рЕ/2 - 101g 21, (110)
2U0 гг гр
где рп*2 — абсолютный уровень напряжения на выходе усилите-
ля, измеряемый при верхнем положении переключателя
П;
Ре/2 — абсолютный уровень напряжения генератора = £72,
измеренный при нижнем положении переключателя П.
Равенство Ue = Е/2 вытекает из равенства ги = гР.
Схема измерения усиления методом Z, основ-
ные принципы которого уже были рассмотрены для рабочего затуха-
ния, представлена на рис. 251. Если в формуле (НО) величину р£/2
заменить ранее выведенной зависимостью рЕ/2 = рЕ— 6 дБ и учесть,
что для данного случая внутренним сопротивлением генератора явля-
ется величина гь то рабочее усиление, измеренное методом Z, будет
равно;
Sp = Pm—Рс + 6 — 101g—,
г1
где Ри2 — уровень напряжения
на выходе усилителя;
Ре — уровень напряжения в
точках а-б, так как
напряжение соот-
ветствует э.д.с. преоб-
разованного генера-
тора.
Рис. 251. Схема измерения усиления
методом Z
307
Рис. 252. Схема измерения рабочего
усиления по методу сравнения в соче-
тании с методом Z
Магазин затуханий М3 вклю-
чают, если в процессе измере-
ний возникает необходимость
изменять напряжение на входе
усилителя.
Измерение рабочего усиле-
ния по методу срав-
нения в сочетании е
методом Z выполняют по
схеме, приведенной на рис. 252.
В этой схеме; М31 — магазин
затуханий, предназначен для
поддержания па неизменном
уровне напряжения Ux-, М32 — магазин затуханий, включенный со-
гласованно с сопротивлением приемника г2; zx и г3 — внутренние
сопротивления преобразованных генераторов верхней и нижней вет-
вей схемы; а2 — затухание магазина М32; Ux — э. д. в. преобразо-
ванных генераторов верхней и нижней ветвей схемы.
Так как. сопротивление приемника нижней ветви схемы взято
равным внутреннему сопротивлению преобразованного генера-
тора z8, то напряжение на выходе нижней ветви в точках е-д рав-
но 1/г/2.
Для верхней ветви на основании формулы (ПО) споаведливо ра-
венство
Sp = pll2 + a2-p£/2- 101g—, (111)
«1
где рн2 — абсолютный уровень напряжения, измеренный в точках
в-а;
Ре/2 — абсолютный уровень напряжения, измеренный в точках
д-е.
Если напряжение 1/2'с помощью магазина М32 установить равным
напряжению Ut/2 на выходе нижней ветви схемы, то будет действи-
тельно и другое равенство
Ре/2 — Рн2- (Н2)
Подставляя в формулу (111) выражение (112), . получим
Sp = а2—10 lg-p-.
Если гг = г2, то Sp = а2.
Равенство напряжений в точках в-г и д-е определяется по углу
отклонения стрелки индикатора И с высокоомным входом
В качестве индикатора применяется вольтметр или указатель
уровня.
1308]
Глава 23
ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЕЙ ПЕРЕДАЧИ
РАБОЧЕГО ЗАТУХАНИЯ И УСИЛЕНИЯ
§ 152. УКАЗАТЕЛИ УРОВНЯ ТИПОВ ИУ-600 И ИУУ-300
Упрощенная принципиальная схема широкополосного измери-
теля ИУ-600 показана на рис. 253, а внешний вид его передней
панели — на рис. 254. Прибор предназначен для измерения уровней
в пределах от—6 до 4-3 Нп в диапазоне частот от 0,2 до 600 кГц. Этот
диапазон разбит на два поддиапазона: 0,2—50 и 50—600 кГц. В изме-
рителе уровня предусмотрены три значения входного сопротивления:
высокоомное более 6000, 600 и 135 Ом; коммутация прибора с од-
ного значения входного сопротивления на другое осуществляется
ключом Кл1, а переход с одного поддиапазона частот на другой про-
изводится ключом Кл2. Трансформатор Тр1 рассчитан на полосу час-'
тот 0,2—50 кГц, а трансформатор Тр2— на 50—600 кГц. Переклю-
чателем П делителя напряжений изменяют пределы измерения уров-
ней. Делитель напряжений показан на схеме в упрощенном виде.
Фактически он составлен из ряда последовательно соединенных соп-
ротивлений.
Широкополосный трехкаскадный усилитель, выполненный на лам-
пах 6ЖШ, охвачен глубокой отрицательной обратной связью по
Рис. 253. Упрощенная принципиальная схема измерителя уровня типа ИУ-600
Рис. 254. Внешний вид измерителя уровня типа ИУ-600
30‘
Рис. 255. Упрощенная структурная
схема избирательного указателя
уровня ИУУ-300
току. Отрицательная обратная
связь обеспечивает стабильность
прибора, малую зависимость его
показаний от частоты, от измене-
ния напряжения источников пита-
ния и смены ламп. На выходе уси-
лителя включен детектор, собран-
ный по мостовой схеме на гер-
маниевых диодах. В диагональ
моста включен стрелочный прибор магнитоэлектрической системы,
отградуированный в неперах.
Питающее устройство прибора ИУ-600 позволяет питать прибор
от сети переменного тока напряжением НО, 127 и 220 В или от источ-
ников постоянного тока напряжением 220 и 24 В.
Для раздельного измерения уровней отдельных составляющих
сложного сигнала, имеющих различную частоту, разработаны спе-
циальные указатели уровней. На рис. 255 представлена упрощенная
блок-схема избирательного указателя уровней ИУУ-300, которым
можно селективно измерять уровень передачи или уровень помех на
одной из частот в диапазоне от 5 до 300 кГц при уровнях, находящих-
ся в пределах от —7 до +3 Нп (I Ни = 8,686 дБ).
Прибор построен по принципу преобразования исследуемого на-
пряжения любой частоты указанного диапазона в напряжение про-
межуточной частоты 353 кГц е последующим измерением уровня на-
пряжения этой частоты. На блок-схеме приняты следующие обозначе-
ния: ПЧ — преобразователь частоты (модулятор); Г — генератор
широкого диапазона частот; У — узкополосный усилитель; У КФ —
узкополосный кварцевый фильтр, настроенный на частоту 353 кГц;
Д — детектор; И — индикатор напряжения. Производя измерения,
генератор настраивают таким образом, чтобы разность частоты его
колебаний и частоты колебаний исследуемого сигнала была равна
353 кГц. Поскольку напряжение, имеющее промежуточную частоту
353 кГц, пропорционально напряжению измеряемой составляющей,
то шкалу индикатора И градуируют в действующих значениях иссле-
дуемого сигнала. Для удобства пользования прибором отметки шкалы
генератора Г непосредственно показывают частоту колебаний этого
сигнала. Приборы ИУ-600 и ИУУ-300 входят в комплект аппарату-
ры измерительного пульта ИП-300 и могут быть использованы как
отдельные приборы.
§ 153. ИЗМЕРИТЕЛЬ РАБОЧЕГО ЗАТУХАНИЯ '
И УСИЛЕНИЯ ТИПА ИРЗУ-ЗОО
Прибор ИРЗУ-ЗОО предназначен для измерения рабочего затуха-
ния и усиления четырехполюсников методом сравнения. Общий вид
прибора приведен на рис. 256. В его верхней части расположены два
магазина затуханий. Характеристическое сопротивление входа и вы-
хода левого магазина равно 600 Ом, а правого — 135 Ом. Каждый
310
ИЗМ. 5-Х полю сник
Согласов. звено__________(затухание)___________ Согласий, звено
1350м б000м_Инд[~у выход ® ® вход 1~\Ген. 6000м 1350м
----------------------------® ®-----
Изм. 5-х полесник* Магазин
(усиление) затухания
©——---------------------------------®
Переходные
гнезда
1350м 1350м 1350м 1350/Т * 6000м 1350м* *135Ом 6000м
Рис. 256. Общий вид измерителя рабочего затухания и усиления ИРЗУ-ЗОО
магазин затуханий имеет три контроллера. Верхним левым контрол-
лером на восемь позиций вводятея затухания ступенями по 1 Нп,
верхним правым контроллером на 11 позиций — ступенями по 0,1 Нп
и нижним контроллером на 11 позиций — ступенями по 0,01 Нп. На
нижней половине рие. 256 видна коммутационная панель измерите-
ля, а на рис. 257 показана схема включения его основных гнезд и пе-
реключателя.
Через входные гнезда включается генератор, а через выходные —
указатель уровня. При измерении затухания измеряемый четырехпо-
люсник включают в гнезда 3, а магазин затуханий — в гнезда М В
гнезДах У цепь замыкают перемычками, замонтированными в штепсель-
ную вилку в четырьмя штепселями. При измерении у иления измеряе-
мый четырехполюсник включают
в гнезда У, магазин затуха-
ний '— в гнезда М, а в гнездах
3 цепь замыкают упомянутой
штепсельной вилкой. В измери-
теле (см. рис. 256) замонтиро-
ваны согласовывающие звенья
удлинителей и переходных
трансформаторов, имеющих в
одной стороны характеристиче-
ское сопротивление 600 Ом, а с
Другой — 135 Ом, которыми
Рис. 257. Схема включения основных
гнезд п переключателя прибора
ИРЗУ-ЗОО
311
пользуются при измерении несимметричных четырехполюсников,
имеющих такие характеристические сопротивления. Кроме того, в
измерителе замонтированы изолирующие трансформаторы в коэффи-
циентом трансформации 1:1, нагрузочные активные сопротивления
600 и 135 0м, а также ряд гнезд, включенных параллельно. Гнезда
нужны для составления сложных измерительных ехем. Подключение
измеряемых четырехполюсников и приборов выполняют экранирован-
ными шнурами, имеющими на концах трехштепсельные вилки. Тре-
тий штепсель, соединенный с экраном шнура, входит на панели в
гнездо малого диаметра, заземленное через общий корпус измерителя.
Прибор ИРЗУ-ЗОО предназначен для измерения четырехполюсни-
ков и линий с характеристическим сопротивлением 600 и 135 Ом в
диапазоне частот от 0 до 300 кГц. ИРЗУ-ЗОО входит составной частью
в измерительный пульт ИП-300, однако может быть использован как
отдельный прибор.
.154. ГЕНЕРАТОРЫ С ФИКСИРОВАННЫМИ ЧАСТОТАМИ
И УКАЗАТЕЛИ УРОВНЕЙ К НИМ
В повседневной работе в небольших линейно-аппаратных цехах
и усилительных пунктах нет практической необходимости пользо-
ваться генераторами и указателями уровней, рассчитанными на ши-
рокий непрерывный диапазон частот. Достаточно иметь генератор,
обеспечивающий выходное напряжение при фиксированном значе-
нии частот и с фиксированными уровнями, а также соответствующий
ему указатель уровня с ограниченными пределами измерений по уров-
ню и по частоте. Приборы, построенные на основе облегченных тех-
нических требований, имеют более низкую стоимость, уменьшенные
габариты и малый вес К числу таких изделий относится прибор
П-321.
Измерительный переносный прибор П-321 состоит из генератора
на 24 фиксированные частоты в диапазоне от 0,3 до 30 кГц, указателя
уровня с пределами измерений от —0,6 до +3 Нп и питающего уст-
ройства. Генератор относится к типу LC (рис. 258), его колебатель-
ный контур находится в коллекторной цепи транзистора Т1, вклю-
ченного по схеме с общим эмиттером Индуктивность и емкость коле-
бательного контура для настройки на требуемую частоту изменяют
переключателем П1. Степень положительной обратной связи опреде-
ляется регулируемым резистором R1. Следующий каскад работает
на триоде Т2, включенном по схеме с общим коллектором. Такая
схема обеспечивает согласование высокоомного выхода каскада Т1
с низкоомным входом усилителя мощности ТЗ. Для повышения ста-
билизации частоты связь генераторного каскада с транзистором Т2
ослаблена большим сопротивлением резистора R20. Уровень по
мощности на выходе генератора регулируют магазином затуханий М3.
Шкала переключателя П2 этого магазина отградуирована в неперах.
Корректировку нулевого уровня на выходе генератора производят
резистором R21.
312
Рис. 258. Упрощенная принципиальная схема генератора, входящего в состав
прибора П-321
Для уменьшения частотной зависимости выходного сопротивле-
ния, номинальное значение которого равно 600 Ом, применены двух-
полюсники R27, С19, С21 и удлинитель У1.
Указатель уровня (рис. 259) имеет два значения входного сопро-
тивления: высокоомное свыше 10 кОм и низкоомное 600 Ом. Переход
с одного сопротивления на другое осуществляют тумблером П4. Пер-
вый каскад указателя уровня собрав на транзисторе Т4, включенном
по схеме эмиттерного повторителя, усиления не вносит и является
согласующим элементом. Рабочая точка этого каскада определяется
резистором R63. Транзисторы Т5 и Т7, включенные по схеме с общим
эмиттером, работают как усилители напряжения, а транзистор Тб,
включенный по схеме эмиттерного повторителя, предназначен для со-
гласования высокого выходного сопротивления усилителя Т5 с низ-
ким входным сопротивлением усилителя Т7.
313
Рис. 260. Внешний вид измерительною прибора 11-321
Для стабилизации режима работы усилителя, кроме местной отри-
цательной обратной связи, имеющейся в каждом каскаде, предусмот-
рена межкаскадная частотно-зависимая отрицательная обратная
связь по цепи: R80, СЗЗ, С29, С28, R72. Детектор указателя уровня
собран по мостовой схеме. Результат измерения уровня определяет-
ся как алгебраическая сумма показаний стрелочного прибора в цепи
детектора, отградуированного в неперах, и показаний шкалы переклю-
чателя ПЗ делителя напряжения, которым изменяют чувствитель-
ность указателя уровня
Назначение резисторов и конденсаторов в приборе П-321, опреде-
ляющих режим работы транзисторов, пояснено в § 128.
Прибор П-321 может работать от сети переменного тока напряже-
нием 127 или 220 В или от постоянного тока напряжением 24 В. Пи-
тание к прибору включают тумблерами «Питание» (рис. 260). В поло-
жении переключателя ПЗ на позиции «Пит.» по стрелочному прибору
проверяют соответствие напряжения источника режиму работы при-
боров
Корректируют напряжение реостатом, ось которого на плате
прибора отмечена надписью «Град, пит.», при этом стрелка указате-
ля не должна выходить за пределы синего участка шкалы. В положе-
нии переключателя ПЗ на отметке «Ген.» проверяют выходной уро-
вень генератора, а на отметке «УУ» — режим указателя уровня. В
обоих случаях стрелка прибора должна находиться на нулевой отмет-
ке шкалы.
Корректировк} генератора и указателя уровня производят потен-
циометрами с надписями «Град, ген.» и «Град. УУ».
314
Глава 24
ИЗМЕРЕНИЕ ПЕРЕХОДНОГО ЗАТУХАНИЯ
И УРОВНЯ ПОМЕХ
§ 155. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ
Вследствие взаимной электромагнитной связи между физическими
пенями воздушных и кабельных линий и между отдельными элемен-
тами многоканальной высокочастотной аппаратуры, а также вслед-
ствие несовершенства фильтров происходит переход энергии в одной
физической цепи в другую и с одного канала в другой Поэтому в ка-
налах возникают токи посторонних сигналов, затрудняющие восприя-
тие основного полезного сигнала. Уровень помех зависит от затуха
ния на пути перехода энергии с выхода передатчика влияющего кана
ла на вход приемника канала, подверженного влиянию, и зависит от
уровня сигнала на выходе влияющего передатчика. Разность уровней
полезного сигнала и уровня помех называется защищенностью
канала. Естественно, чем больше эта разность, тем каналы лучше
защищены от взаимного влияния.
Затухание на пути перехода энергии от передатчика влияющего
канала к приемнику канала, подверженного влиянию, когда передат-
чик и приемник размещены на одном пункте, называется переход-
ным затуханием на б л и ж н е м к о н ц е . В том случае,
когда приемник канала, подверженного влиянию, расположен на про-
тивоположном конце линии по отношению к влияющему передатчи-
ку, это затухание называется переходным затуханием
на дальнем конце.
Измеряя переходное затухание, необходимо цепи нагружать соп-
ротивлениями, равными их характеристическим сопротивлениям.
Практически в качестве нагрузки включают резисторы с сопротив-
лениями, равными средним значениям модулей характеристических со-
противлений.
Переходное затухание (в децибелах) на ближнем конце (.рис. 261)
между двумя цепями определяется формулой
Ло=Ю1§41-. (113>
' 21
где Рп — мощность сигнала на ближнем конце влияющей цепи;
Рг1 — мощность влияющего сигнала на ближнем конце кепи,
подверженной влиянию.
Обозначив через Un и U21 напряжения на ближних концах обеих
цепей, а через гС1 и гС2 — модули их характеристических сопротивле-
ний, получим
X0=10lg —Ь.гс?.. = 201g -^-+ 101g (114)
гС1^11 U11 гС1
315
Рис. 261. Схема измерения переходного затуха-
ния между цепями связи на ближнем конце
Введем обозначения: Р22, U22 — мощность и напряжение влияю-
щего сигнала на дальнем конце цепи, подверженной влиянию; ас —
собственное затухание влияющей цепи; Р12, U12 — мощность и напряже-
ние сигнала в конце влияющей цепи (рис. 262).
Переходное затухание на дальнем конце
д(==Ю1б2и_. (115)
р22
На основании формулы (109) можно написать Ри = Р12 • 10*°- 1“с,
поэтому
А = ю ig .I??:.101 °. = ю ig а° = j
1 гС1
= ac+201g-^ + 101g**-? (116)
I/ 22 ?oi
Формулы (114), (116) и методы измерений переходного затухания,
рассмотренные ниже, применимы не только для физических цепей
линий связи, но и для каналов связи и любых четырехполюсников,
имеющих электромагнитную взаимосвязь.
влиянию
Рис. 262. Схема измерения переходного затухания
между цепями связи на дальнем конце
316
§ 156. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕХОДНОГО ЗАТУХАНИЯ
И ЗАЩИЩЕННОСТИ
Метод разновти уровней для определения переход-
ного затухания вытекает непосредственно из формул (114) и (116).
Вводя в формулу (114) величину эталонного напряжения Uo, нахо- .
дим, что переходное затухание на ближнем конце
201g U->'Un Н 101g '-^-= 201g ----201g-^-4-
С/21 U (J ?С1 Ц)
+ Ю 1g — =рп11 — р.,21 + 101g^, (117)
гС1 гС1
где Рни — абсолютный уровень по напряжению на входе влияющей
цепи (см. рис. 261);
Pn2i — уровень помех по напряжению на ближнем конце цепи,
подверженной влиянию.
Если гс2 = гС1, то Ао = рн11 — рн21. Значение уровней измеря-
ется указателем уровня, который подключается к обеим линиям пооче-
редно высокоомным входом.
Аналогично преобразовывая формулы (116), находим, что пере-
ходное затухание на дальнем конце
Л = а0 + РВ12-Рн22+ lOlg-^. (118)
гС1
В данной формуле через и рН22 обозначены абсолютные уров-
ни по напряжению, измеренные указателем уровня на дальних кон-
цах обеих цепей.
При измерении переходного затухания наиболее широкое распро-
странение получил метод сравнения. Схема измерения пере-
ходного затухания на ближнем конце по методу сравнения с примене-
нием делителя напряжения, градуированного в децибелах или в не-
перах, приведена на рис. 261. Затухание по напряжению, вносимое
делителем напряжения на пути от генератора к индикатору, анп =
= 20 1g ^т-. Значения Un и U<2\ ясны из схемы. Высокоомный ин-
V 21
дикатор И с помощью переключателя можно подключать поочередно
к делителю напряжения и ближнему концу линии, подверженной
влиянию. Регулируя делителем величину напряжения t/Ji, устанавли-
вают равенство f?2i = Uilt наличие которого позволяет утверждать,
что затухание по напряжению, вносимое делителем напряжения, рав-
но
aan = 201g-^-. (119)
С/21
Заменяя первый член правой части формул (114) выражениями
(119), находят величину переходного затухания на ближнем конце
Ao —aHu+101g-^-.
*С1
ЕСЛИ 2^^ — ТО A Q
317
Измерение затухания на дальнем конце методом сравнения про-
изводится по схеме, приведенной на рис. 262. Делитель напряжения
ДН имеет со стороны линии высокоомный вход. При этих условиях
затухание, вносимое делителем напряжения, равно ад = 10 1g
С помощью делителя устанавливают равенство U'\z = U2i, поэтому
можно написать, что затухание делителя по напряжению равно
“» = 20ie^-.
С/22
Подставляя эти выражения в формулу (116), получаем
Д(=а0 + ад+Ю1§-^.
ZC1
Величины ас, гС1 и гС2 должны быть известны по паспортным
данным или их определяют предварительными измерениями, а зна-
чение ад отсчитывается непосредственно на шкалах переключателей
делителя напряжения ДН.
В качестве индикатора для схем, приведенных на рис. 261 и 262,
применяют вольтметры или указатели уровня, включаемые высоко-
омными входами, но можно использовать и высокоомный телефон.
Защищенностью канала называют разность уровней
полезного сигнала и уровня помех. Если уровень сигнала по мощ-
ности на передающем конце влияющей цепи равен рмн, то уровень
помех в цепи, подверженной влиянию на ближнем конце, будет (рм11 —
— Ло), а на дальнем (рм11— Л(). ‘Обозначив через ры21 и рм22
уровни мощности полезного сигнала на ближнем и дальнем концах
цепи, подверженной влиянию, определим защищенность этой цепи по
отношению к влияющей:
на ближнем конце
4зо = Рмм—(Рм11 — Ло)== Ао—(Рми — Рм21)> (120)
на дальнем конце
Aai — Ры.12 (Рми А/) = А/ (Рми Рмгг)* (12 Р
Значения Ао и At определяют измерениями, описанными выше
способами, значение рмп известно из паспортных данных аппарату-
ры, величины рМ22 и рМ21 измеряют указателем уровня при выключен-
ном источнике сигнала влияющей цепи, чтобы не получить завы-
шенный результат за счет суммирования полезного сигнала и по-
мехи.
В схемах на рис. 261 и 262 вместо делителей напряжения ДН моя?-
но применить магазины затуханий. В этом случае в схеме на рис. 262
нагрузочное сопротивление гс1 не включается, его роль выполняет
магазин затуханий, входное сопротивление которого должно быть рав-
ным гс1. Кроме того, на выходе магазины должны быть нагружены
согласованными сопротивлениями как магазины М32 на рис. 246.
Для примера ниже приведены некоторые нормы переходного за-
тухания и защищенности, относящиеся к каналам связи работающих
в магистральном кабеле. Переходное затухание между парами на
318
ближнем конце на усилительный участок должно быть не менее:
60,8 дБ—для цепей, уплотняемых высокочастотной аппаратурой,
78,2 дБ—для низкочастотных цепей в непупинизированных и
73,8 дБ — в пупинизированных парах. Защищенность на дальнем
конце в пределах усилительного участка должно быть не менее
73,8 дБ для цепей, уплотняемых высокочастотной аппаратурой,
60,8 дБ для низкочастотных каналов в непупинизированных и 56,5 дБ
в пупинизированных парах.
Пример 1. Волновое сопротивление влияющей цепи гс| = 600 Ом. а цепи,
подверженной влиянию, гС2 = 1400 Ом.
Переходное затухание между этими цепями па ближнем конце Ао = 67,9 дБ.
Уровень приема полезного сигнала по напряжению на этом конце в цепи, под-
верженной влиянию, Рц-21 " — 7,64 дБ. Рассчитать максимально допустимый
уровень передачи по мощности pM1j на ближнем конце влияющей цепи, чтобы за-
щищенность цепи, подверженной влиянию на рассматриваемом конце была не
менее А 30 = 52,1 дБ.
Решение. Из уравнения, выраженного формулой (120), находим
Рмп —Рм21--^Зи4"^0, Н0 Рм21 = рпа — Ю 1g- , поэтому
2|>
1400
Рм21 = —7,64—10 1g———— — —7,64 — 0,38 = — 11,44 дБ, а
1>иО
рмп = —11,44 —52,14-67,8 = 4,26 дБ.
Пример 2. На передающем конце влияющей цепи уровень по напряжению
Рпи = 5,21 дБ. В цепи, подверженной влиянию, уровень помех на дальнем кон-
це с первой цепи, измеренной по напряжению, р„22 =• —80,8 дБ. Волновые со-
противления гс( и гС2 обеих цепей равны между собой. Определить исходное за-
тухание А/ между цепями на дальнем конце.
Решение. С учетом равенства гС1 = гС2 из формулы (115) вытекает
10 1g -^-= 10 1g= 20 1g =
= 2018 -7Г7Г- =20 >8 -7Г— 20 -р„>.
<>0 </22 </0 Uq
Подставляя цифровые данные находим <4j = 5,21 — ( — 80,8) = 86,01 дБ.
§ 157. КОМПЛЕКТ АППАРАТУРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ
ПЕРЕХОДНОГО ЗАТУХАНИЯ ТИПА КИПЗ-ЗОО
Комплект аппаратуры КИПЗ-ЗОО рассчитан на измерение пере-
ходного затухания методом сравнения (см. § 156). В рассматриваемый
комплект входят: измерительный генератор ЛИГ-ИПЗ-ЗОО, индикатор
напряжения ИН-ИПЗ-ЗОО, измеритель переходного затухания
(делитель напряжения) ИПЗ-ЗОО и два переключателя линий
ПЛ-ИПЗ-ЗОО, применяемые в схеме измерения переходного затуха-
ния между любой основной и искусственной линией. Кроме того, ком-
плекту приданы нагрузочные сопротивления на 135, 150, 180, 240,
; 300, 600, 780, 800, 1400 и 1600 Ом, величины которых рассчитаны на
319
наиболее распространенные значения входных сопротивлений физи-
ческих цепей и каналов связи. С помощью комплекта аппаратуры
можно измерять переходное затухание в пределах от 0 до 139,2 дБ в
диапазоне частот от 0,8 до 300 кГц.
Измерительный генератор ЛИГ-ИПЗ-ЗОО относится к генераторам
типа RC. Его рабочий диапазон частот 0,3—300 кГц, а максимальный
уровень на выходе 26,1 дБ. Выходное сопротивление генератора мо-
жет быть 135 и 600 Ом. Индикатор напряжения ИН-ИПЗ-ЗОО, которым
проверяют равенство двух сравниваемых напряжений, является вы-
сокочувствительным селективным прибором, позволяющим измерять
уровни напряжения в диапазоне частот от 0,8 до 300 кГц. Данный при-
бор, как и рассмотренный выше прибор ИУУ-300, построен по прин-
ципу преобразования напряжения любой частоты исследуемого сиг-
нала в напряжение промежуточной частоты с последующим измере-
нием уровня этого напряжения. В отличие от ИУУ-300 в приборе
ИН-ИПЗ-ЗОО предусмотрено двукратное преобразование. Вторая сту-
пень преобразования дает напряжение частотой 950 Гц. Поэтому для
сравнения двух напряжений можно использовать телефонные науш-
ники.
На структурной схеме прибора ИН-ИПЗ-ЗОО (рис. 263) приняты
следующие обозначения: П1 и 112 — спаренные делители напряже-
ния; У1, У2, УЗ и У4 — усилители; Пч1 и Пч2 — преобразователи
частоты, собранные по кольцевой схеме на германиевых диодах;
Дф1 и Кф2 — кварцевые фильтры, настроенные на частоту 352,95 кГц;
Г1 — генератор, создающий переменное напряжение в диапа-
зоне частот 353—653 кГц; Г2 — генератор с фиксированной часто-
той 352 кГц, стабилизированный кварцем; Пф — полосовой фильтр,
настроенный на частоту 950 ± 100 Гц; Тф — телефон; Д — детектор,
собранный по мостовой схеме с использованием полупроводниковых
диодов; И — стрелочный прибор магнитоэлектрической системы
Преобразователь Пч1 преобразует напряжение, взятое в пределах
рабочего диапазона, в напряжение промежуточной частоты 352,95 кГц
(353,75—0,8 = 352,95; 652,95 — 300 = 352,95), а преобразо-
ватель Пч2 дает на выходе напряжение частотой 352,95 — 352 =
= 0,950 кГц На шкале генератора Г1 указано значение частот ис-
следуемых напряжений, поступающих на вход прибора.
Для обеспечения точности результатов измерения измеритель пе-
реходного затухания ИПЗ-ЗОО (рис. 264) составлен из симметричных
в отношении земли делителей напряжения (см. § 125). Один из них
(П1) позволяет регулировать затухание ступенями через 8,69 дБ, а
П1 П2
Рис. 263. Структурная схема индикатора напряжения ИН-ИПЗ-ЗОО
320
Рис. 264. Принципиальная схема измерителя переходного затухания
(делителя напряжения ИПЗ-ЗОО)
другой (/72) — через 0,869 дБ. Кроме того, имеютвя два делителя
напряжения Дн1 и Д«2, позволяющие вводить фиксированное зату-
хание по 43,4 дБ (5 Нп). Входное сопротивление прибора равно при-
мерно 15 000 Ом, а выходное от 10 до 100 Ом. В гнезда 1 включают
влияющую линию, а в гнезда 2 — линию, подверженную влиянию.
Ключом КлЗ отсоединяют трансформатор ТрГ от влияющей линии
при измерении на дальнем конце, ключом /Сл2 оперируют в процес-
се измерения для поочередного подключения индикатору влияющей
линии и линии, подверженной влиянию, а ключами Кл1 и Кл4 вво-
дят в измерительную схему делители напряжения Дн1 и Дн2. Благо-
даря наличию трансформаторов Тр1 и Тр2 в схеме ИПЗ-ЗОО имеется
возможность пользоваться неотсимметрированными шнурами для
включения в измерительную схему генератора и индикатора. Кроме
того, благодаря трансформаторам несимметричность по отношению
к «земле» выхода генератора или входа индикатора не сказывается
на результатах измерений.
Нагрузочные сопротивления включают в. схему измерений через
гнезда, имеющие надпись «Нагрузка».
§ 158. ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЯ ШУМА В КАНАЛАХ СВЯЗИ
И ПУЛЬСАЦИИ НАПРЯЖЕНИЯ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
Чувствительность человеческих органов слуха к звуковым коле-
баниям различной частоты неодинакова. При равной мощности одни
звуки воспринимаются громче, а другие — тише. В открытом простран-
стве наиболее громко воспринимаются звуковые колебания, частота
которых примерно равна 2000 Гц. Телефон тоже имеет неодинаковую
чувствительность к колебаниям разной частоты. В результате в сис-
теме приема «телефон—ухо» наиболее громко воспринимаются зву-
ки частотой 1000 Гц.
Для оценки степени влияния помех за единицу акустического вос-
приятия для каналов вещания принята чувствительность уха (без
телефона) на частоту 2000 Гц, а для телефонных каналов принята чув-
11 Зак. 1970
321
Рис. 265. Структурная схема указателя напряжения помех типа УНП-60
и псофометрическая кривая
ствительность системы «телефон—ухо» на частоте 800 Гц. Отношение
К = ДмМ/2 называется коэффициентом акустичес-
кого воздействия или псофо метрическим ко-
эффициентом . Здесь Ati — акустическое воздействие тока
частотой ff посредством телефона или громкоговорителя на ухо челове-
ка, а А12 — акустическое воздействие тока такой же силы, но имею-
щего частоту 800 или 2000 Гц. Кривая, графически отображающая
частотную зависимость коэффициента К, называется псофометрической
кривой.
На рис. 265, а показана кривая для системы передачи «теле-
фон — ухо».
Величину суммарного влияния помехи, в состав которой входят
электрические колебания разных частот, измеряют псофомет-
рами (рис. 265, б), где В — входное устройство, Г — генератор,
Пф1 и Пф2 — псофометрические фильтры, У— усилитель. П — пере-
ключатель, Д — детектор и mV — милливольтметр.
Входное сопротивление блока В может принимать два значения:
свыше 8 кОм и 600 Ом. При среднем положении переключателя при-
бор работает как широкополосный вольтметр с пределами измерения
по уровню от 0,1 мВ до 10 В (—80-Г-+20 дБ). Входное устройство, уси-
литель и детектор имеют плоскую частотную характеристику в диа-
пазоне от 50 Гц до 20 кГц. Они обеспечивают линейность амплитудной
характеристики при напряжении сигнала на выходе усилителя до
27 В.
Частотная характеристика-затухания фильтра Пф1 представляет
собой зеркальное отражение псофометрической кривой для системы
передачи «телефон—ухо» (см. рис. 265, а), а частотная характеристи-
ка затухания фильтра Пф2 зеркально отражает подобную кривую
для системы широковещания.
Измерение псофометрического напряжения помех в телефонных
каналах производят при верхнем положении контактов переключа-
теля П, а в каналах широковещания — при нижнем положении этих
контактов.
Генератор Г предназначен [для градуировки прибора перед на-
чалом измерений.
Если входное сопротивление двухполюсника, характеристичес-
кое сопротивление четырехполюсника (аппаратуры) или волновое
сопротивление линии, на входе которой производится измерение псо-
322
фометром, не равно 600 Ом, то действительное значение псофометри-
ческого напряжения шума
где t7„aM — измеренное значение напряжения помехи;
га — модуль волнового сопротивления линии или характерис-
тического (входного) сопротивления аппаратуры.
Общее напряжение шума в канале измеряют псофометром в часы
наибольшей нагрузки междугородних линий. Если общий уровень
шума превышает допустимые нормы, для выяснения источников по-
мех необходимо раздельно измерить псофометрические напряжения
собственного шума канала, шума от переходных влияний с каналов из-
меряемой системы, а затем с каналов систем, действующих на парал-
лельных цепях.
Измерения производят на дальнем и ближнем концах линии по
отношению к влияющему передатчику. При необходимости измеряют
напряжение шума, наведенного линиями электропередач и другими
источниками помех непосредственно в проводах. На время измере-
ния напряжения собственного шума в одном из каналов остальные
каналы проверяемой системы нагружают по концам сопротивления-
ми по 600 Ом, работу на каналах других мешающих систем пре-
кращают.
Псофометр и ческое напряжение шума для аппаратуры типов В-3-3
и В-12-2 в конце переприемного участка максимальной длины 2000 км,
измеренное в четырехпроводном тракте низкой частоты в точке с уров-
нем — 6,95 дБ (—0,8 Нп), не должно превышать следующих значе-
ний: 1,25 мВ в сухую морозную погоду зимой и 1,4 мВ в сырую пого-
ду летом.
Степень влияния помех на работу каналов тонального и надтональ-
ного телеграфа не зависит от частоты мешающего напряжения.
Поэтому помехи в этих каналах можно измерять указателем уровня.
В каналах тонального телеграфа, работающих в каналах аппарату-
ры уплотнения воздушных линий, уровень помех допускают не бо-
лее —40,8 дБ (—4,7 Нп) и в крайнем случае не выше —17,4 дБ
(—2 Нп), а в каналах аппаратуры уплотнения кабельных линий
—52,1 или —43,4 дБ (—6 или —5 Нп).
Оценку помех па низкочастотные каналы, вызываемых пульсаци-
ей напряжения источников питания аппаратуры, определяют с учетом
псофометрических коэффициентов Я2> А3> •••» Кп гармонических
составляющих, имеющих частоту колебаний Д, /а, fa..... fn. Если
амплитудные и действующие значения напряжения отдельных гар-
моник обозначить соответственно через Ulm, U2m, U....... Unm и
Ult Uit Uя, .... Un, то полное значение псофометрического напряже-
ния шума на выходе источника питания
ицс=Го,5ци1т Kty+...+(Unm/<п)2|,
П»
323
или
' </вс=/(<А Кгу + Кгу +... 4- (Un КпУ •
Значение Unc можно измерить псофометром УНП-60, включив его к
проверяемому источнику питания через бумажный конденсатор ем-
костью 1—2 мкФ. Номинальное рабочее напряжение конденсатора
должно в 2,5—3 раза превышать напряжение источника питания.
Пользоваться псофометрическими величинами для оценки пульса-
ций напряжения источников, питающих высокочастотную аппарату-
ру, невозможно, так как эти величины не учитывают искажений в от-
дельных каналах и степень взаимных влияний между этими каналами,
вызываемых пульсациями. Поэтому помехи на высокочастотные ка-
налы характеризуют среднеквадратичной величиной действующего
напряжения пульсаций, определяемой по формуле
U =-- К0.5 (U\m + Ul,n +... + U*m) ,
или
U = +{/? + ...+ U*n.
Значение U можно непосредственно измерить прибором УНП-60,
используя его по схеме широкополосного вольтметра, поскольку он
в этом режиме показывает среднеквадратичное действующее значение
напряжения.
Гармоники с частотами до 300 Гц и свыше 300 Гц по-разному
влияют на высокочастотные каналы, поэтому измерение напряжения
помех прибором УНП-60, как и вольтметром, производят дважды:
один раз — через фильтр Д-250, а другой — через фильтр К-250.
В области задерживаемых частот эти фильтры должны иметь зату-
хание не менее 53 дБ.
При отсутствии прибора УНП-60 измерение пульсаций можно
осуществить с помощью анализатора гармоник низкой частоты С5-3,
построенного по принципу избирательного указателя уровня
ИУУ-300 (§ 152), но отградуированного в вольтах. Названным ана-
лизатором можно измерять напряжения с частотой от 10 Гц до 20 кГц
в пределах от 0,03 до 100 В.
По данным, полученным при измерении гармоник прибором С5-3,
производят расчет напряжений UnB и U, пользуясь приведенными
выше формулами.
В цепях питания низкочастотной аппаратуры псофометрические
значения пульсаций не должны превышать 2,4 • 10-3 В, если ис-
точник питания имеет номинальное напряжение 24 В и 5,0 • 10-3 В
при номинальном напряжении источника 48—60 В. В цепях питания
многоканальной аппаратуры действующее значение напряжения
пульсаций не должно превышать: 0,25 В в полосе частот до 250 Гц и
5,0 • 10-3 В в полосе свыше 300 Гц.
324
§ 159. ИЗМЕРЕНИЕ МЕШАЮЩИХ НАПРЯЖЕНИЙ
ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОПОДСТАНЦИЙ
И ВЫЯВЛЕНИЕ ИСТОЧНИКОВ ПОМЕХ
Ток на выходе выпрямительных установок тяговых подстанций
железных дорог с электротягой постоянного тока имеет ряд гармони-
ческих составляющих о частотой колебаний 300, 600, 900 Гц и т, д.,
которые могут создавать помехи в линиях связи.
Для снижения помех до значения, не превышающего утвержден-
ной нормы, на тяговой подстанции устанавливают фильтр, в состав
которого входят реактор, резонансные шунты и конденсаторный шунт.
Оценку работы агрегатов тяговой электроподстанции с точки зрения
степени влияния их на цепи связи производят по коэффициен-
ту мешающего напряжения (форм-фактору напряжения),
который определяют по формуле
F =£«2.100%,
где [7м2 — псофометрическое напряжение всех гармоник на шинах
подстанции, измеренное на выходе фильтра;
(7В — номинальное напряжение выпрямленного тока.
Действие фильтра тяговой подстанции характеризуется коэф-'
фиццентом сглаживания
k = им1/ип.
Здесь UM1 псофометрическое напряжение
на входе фильтра.
суммы всех гармоник
Рис. 266. Принципиаль-
ная схема измерения ме-
шающих .напряжений на
участках электротяги по-
стоянного тока
Рис. 267. Структурная
схема измерителя радио-
помех
325
Согласно нормам, установленным правилами защиты линий свя-
зи от мешающего действия контактной сети постоянного тока, вели-
чина коэффициента мешающего напряжения не должна превышать
0,15%, а коэффициент сглаживания должен быть не менее 25. Для оп-
ределения этих коэффициентов разработан прибор, именуемый изме-
рителем мешающих напряжений.
В комплект прибора входит измерительная и защитная части.
Каждая из них смонтирована в самостоятельном корпусе. В схеме
защитной части прибора (рис. 266) конденсатор С и трансформатор
Тр обеспечивают защиту измерительной части и людей от высокого
напряжения, поэтому конденсатор должен выдерживать рабочее на-
пряжение не менее 6 кВ, а изоляция между витками трансформатора
должна быть рассчитана на напряжение не ниже 4 кВ. Кроме того,
конденсатор С и трансформатор Тр совместно с дросселем Др измери-
тельной части обеспечивают формирование частотной характеристики
прибора в соответствии с графиком относительной чувствительности
псофометра. Для облегчения настройки прибора после окончания его
монтажа в трансформаторе и дросселе предусмотрены секционирован-
ные обмотки, а резистор R2, участвующий в настройке, сделан пере-
менным. Резисторы RI и R2 ограничивают зарядный ток конденсатора
в момент включения прибора. Коэффициент трансформации трансфор-
матора подобран с учетом компенсации потерь напряжения в при-
боре. благодаря чему вольтметр V показывает псофометрическое
напряжение в контактной сети без поправочного коэффициента.
В связи с возрастающим потреблением электрической энергии на
железнодорожном транспорте и во всех отраслях народного хозяй-
ства в зоне железных дорог, особенно дорог с электротягой перемен-
ного тока, увеличилось число действующих электро1ехничегких ус-
тановок и возросла сеть энергоснабжения. При некоторых видах
неисправностей эти установки и сети становятся источниками элек-
тромагнитных излучений, создающих помехи в каналах связи.
Такие неисправности в сетях и оборудовании, как неполное ко-
роткое замыкание на «землю» непосредственно или через корпус, не
вызывающее отключения неисправного объекта, или неплотный кон-
такт в разъединителе влекут помехи в диапазоне частот, соответствую-
щем рабочим частотам многоканальной аппаратуры.
Для отыскания источников помех, влияющих на каналы провод-
ной связи, и для измерения их уровня можно использовать измерите-
ли напряженности поля или измерители радиопомех, применяемые
в радиотехнике. Структурная схема этих приборов в упрощенном ви-
де представлена на рис. 267, где А — антенна направленного дейст-
вия; ВУ — входное устройство; УВЧ — усилитель высокой частоты;
ВТ — вспомогательный генератор широкого диапазона частот; ПЧ —
преобразователь частоты; УПЧ — усилитель промежуточной часто-
ты; Д — детектор; УНЧ — усилитель низкой частоты; Тф — теле-
фон; ЭВ — электронный вольтметр; Г — генератор, предназначен-
ный для калибровки показаний электронного вольтметра. Как видно
из схемы, измерители напряженности поля и измерители радиопомех
построены по принципу избирательного указателя уровня (см. § 152).
326
Глава 25
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАССТОЯНИЯ ДО МЕСТА ПОВРЕЖДЕНИЯ
ЛИНИИ СВЯЗИ И ОТЫСКАНИЕ ТРАССЫ КАБЕЛЯ
ПЕРЕМЕННЫМ ТОКОМ
§ 160. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАССТОЯНИЯ ДО МЕСТА ПОВРЕЖДЕНИЯ
ЛИНИИ СВЯЗИ ПО КРИВОЙ ВХОДНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
Частотная характеристика модуля входного сопротивления од-
нородной линии, нагруженной на свое волновое сопротивление, пред-
ставляет собой плавную кривую (кривая а на рис. 268). Можно счи-
тать, что исправная линия однородна и нагрузка ее согласована с вол-
новым сопротивлением. При повреждении линии постоянство волно-
вого сопротивления нарушается, а следовательно, появляются отра-
женные волны и частотная кривая входного сопротивления примет
волнообразный характер (кривая б на рис. 268).
Однородную двухпроводную поврежденную цепь, в которой про-
вода на расстоянии 1Х от начала замкнуты через переходное сопро-
тивление R* (рис. 269). можно рассматривать как цепь длиной /х,
которая в точке х имеет нагрузку, не соответствующую характеристи-
ческому сопротивлению цепи. Естественно, что в точке х часть энер-
гии в виде волн напряжения и тока будет отражена к началу линии,
а часть будет воспринята правым отрезком линии, рассматриваемым
по отношению к участку 1Х как нагрузка.
Сдвиг фаз между падающими и отраженными волнами можно вы-
разить в градусах, радианах или через
фаз в 360° соответствует полная длина
волны А; сдвигу фаз в 180° соответствует
0,5А и т. д.
Отраженная волна, вернувшаяся от
точки х к началу линии, проходит рас-
стояние 21х. На этом расстоянии длина
волны уложится 21х : А раз. Суммарный
ток в начале линии будет иметь мини-
мальную величину, а следовательно,
входное сопротивление будет иметь мак-
симальное значение в тех случаях, когда
длину
Так, сдвигу
волны А.
Рис. 268. Частотная характе-
ристика .модуля входного
противления однородной
НИИ связи
со-
ли-
отраженная волна Тока, возвратившаяся
к началу цени, будет сдвинута по от-
ношению к падающей волне тока на
угол 180° или в переводе на длину вол-
ны на величину 0,5Х. Такое же явление
будет иметь место, если указанный сдвиг
составит нечетное число раз, кратное
0,5А, г. е. будет 0,5Х; 1,5А; 2,5А и т. д.
Пусть при некоторой частоте flt
которой соответствует длина волны Аь
Рис. 269. Схема неисправной
однородной линии связи
327
<124)
частоты
частоту
(125)
сдвиг фаз В начале линии будет равен:
21х/\ = 0,5, (122)
а при частоте /, и длине волны А,,:
2/хА> = 1.5. (123)
Вычитая (122) из (123) и заменяя длину волны А » vff через ско-
рость ее распространения v и частоту /, получим
-----^*1= 1,5—0,5 = 1 или ^2».—2!«Л=1.
A.J X, • 'Л
Решая это уравнение относительно 1Х, находим
/ 01 °*
2(/г1)1 — /1«а)
Когда скорость распространения не зависит от частоты, например,
Для цветных воздушных цепей практически можно считать
Vi « v2 « v — 286 000 км/с, то 1Х —------.
2 (ft—/О
Более точно можно определить расстояние 1Х, если вместо
/2 второго пика входного сопротивления (см. рис. 268) взять
n-го пика. В этом случае формула примет вид
I _ ° <" — 1)
Х 2(/п-/») •
Описанный метод измерений не дает точного определения места
повреждения цепи, если переходное сопротивление Rx между прово-
дами имеет переменную величину, так как в этом случае изменяется
величина и фаза отраженной волны.
Формулами (124) и (125) можно пользоваться не только в случае
наличия переходного сопротивления между проводами, но и в случа-
ях обрыва одного или обоих проводов, а также при наличии асиммет-
рии, вызванной плохой пайкой, так как эти повреждения тоже ведут
к волнообразному изменению входного сопротивления линии при из-
менении частоты.
Определение частот, при которых входное сопротивление имеет
пиковые (максимальные) значения, производится по схеме, предло-
женной инж. Г. И. Первушиным (рис. 270). Плавно изменяя частоту
генератора Г, наблюдают за показаниями высокоомного индикатора
И (вольтметра или указателя уровня) и фиксируют по шкале генера-
тора частоты, при которых индикатор бу-
дет давать максимальные отклонения, со-
ответствующие максимальным значениям
входного сопротивления. Величина актив-
ного сопротивления R примерно 1000 Ом.
Рассмотренный метод можно приме-
нить и для неоднородных составных ли-
ний связи (рис. 271). В этом случае, поль-
зуясь формулой (124), первоначально ведут
Рис. 270. Схема снятия ча-
стотной характеристики мо-
дуля входного сопротивле-
ния линии связи
328
расчет при скорости v„, соответствующей
скорости распространения электромагнит-
ной волны в кабеле: если при этом полу-
чится величина Гх, которая окажется мень-
ше длины кабеля 1„, то место повреждения
будет находиться в кабеле на расстоянии
Гх от начала линии; если же окажется, что
1'х > 1К, тогда очевидно, что место повреж-
дения находится в пределах воздушного
участка цепи на расстоянии
/.=/„+ х, (126)
Рис. 271. Схема неисправ-
ной неоднородной цепи,
имеющей в своем составе
кабель и воздушную линяю
которое больше, чем найденная величина Гх, поскольку скорость рас-
пространения волны в кабеле меньше скорости распространения вол-
ны по воздушной линии св. Фактически со скоростью v„ волна про-
шла только участок длиной /к, а расстояние х пройдено со скоростью
ив, поэтому
Х= ---- V,
Подставляя это выражение в формулу (126), находим
1Х = к + Gi — Uf./wK.
§ 161. ОТЫСКАНИЕ ТРАССЫ ПОДЗЕМНОГО КАБЕЛЯ, /
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТА ЕГО ПОВРЕЖДЕНИЯ
И ГЛУБИНЫ ПРОКЛАДКИ
Напряженность магнитного поля, возбуждаемого током, уменьша-
ется по мере удаления от провода, по которому проходит ток. Эта за-
висимость положена в основу работы приборов, называемых кабеле-
искателями.
При отыскании трассы кабеля кабелеискателем и других провер-
ках по одной жиле кабеля пропускают переменный ток звуковой час-
тоты, используя в качестве обратного провода землю. Затем с помощью
приемного устройства, снабженного антенной направленного действия,
определяют зону максимальной напряженности магнитного поля тока
над кабелем.
Рассмотрим вкратце устройство и порядок пользования кабелеис-
кателем типа КИ-4П. В его комплект входит генератор, искатель и
приемное устройство. Генератор является источником переменного
тока частотой 2225 Гц, прерываемого через одну-две секунды на вре-
мя 0,05—0,25 с. Искатель — это ферритовая антенна остронаправ-
ленного действия. Ее катушка помещена в корпус из ударопрочного
полистирола и залита компаундом. Корпус антенны крепится к по-
лой алюминиевой штанге. Внутри штанги размещены конденсаторы,
образующие вместе с катушкой антенны контур, настроенный на час-
тоту генератора.
329
1
и у
I У ПФ У ВС CM ФСС.
Рис. 272. Упрощенная структурная схема прием-
ного устройства кабелеискателя
УНУ Tip
Упрощенная структурная схема приемного устройства показана
на рис. 272. Антенна к нему присоединяется экранированным гибким
шнуром. Принятые антенной сигналы проходят через узкополосный
фильтр У ПФ, настроенный на частоту 2225 Гц, усиливаются усили-
телем входных сигналов УВС и подаются на вход смесителя (преоб-
разователя частоты) СМ.
Ко второму входу смесителя подведено напряжение частотой
3200 Гц от гетеродина ГТ. Из широкого спектра частот, возник-
ших в смесителе, фильтр сосредоточенной селекции (узкополосный
фильтр) ФСС выделяет колебания нижней боковой частоты / =
= 3200 — 2225 =- 975 Гц, которые поступают на вход усилителя
низкой частоты УНЧ.
Этот усилитель имеет два выхода. С одного выхода переменный
ток частотой 975 Гц направляется в телефон Тф, а со второго —
подается к выпрямителю В. К его выходу подключен стрелочный
измерительный прибор ИП.
Следовательно, интенсивность сигналов, поступающих в прием-
ное устройство, можно оценивать на слух или измерительным при-
бором.
Прерывистый способ генерации переменного тока, направляемого
в кабель, позволяет при приеме сигнала на слух отличать его от помех.
Настройкой на частоту полезного сигнала антенного контура и узко-
Рис. 273. Схемы включения кабелеискателя при определении трас-
- сы и места повреждения кабеля
330.’
S)
Рис. 274. Схемы включения приборов кабеле-
искателя для измерения глубины прокладки ка-
беля
полосных фильтров повышается помехозащищенность приемного уст-
ройства.
Упрощенные структурные схемы включения кабелеискателя при
нахождении трассы кабеля показаны на рис. 273, а и б, где приме-
нены следующие обозначения: Г — генератор; И — искатель (фер-
ритовая антенна); ПУ — приемное устройство. Рисунки 273, а и б
различаются между собой только расположением антенны в магнит-
ном поле.
Вследствие направленности действия ферритовой антенны при
нахождении ее над кабелем, в варианте а сила звука в телефоне
и угол отклонения стрелки измерительного прибора будут максималь-
ными, а в варианте б — минимальными.
Для отыскания места заземления или обрыва жилы кабеля состав-
ляют схемы по рис. 273, в и г. В последнем случае цепь замыкается
через емкость между оборванной жилой и землей. Ст еду я вдоль из-
вестной трассы кабеля от места включения генератора, прослушива-
ют сигнал. Уровень его резко снижается за местом повреждения
жилы.
Глубину прокладки кабеля при известной его трассе определяют
следующим порядком. Включают кабелеибкатель по примеру схемы
на рис. 274, а. Затем ставят антенну непосредственно на землю над
кабелем, располагая ее ось перпендикулярно трассе кабеля и пере-
ключают приемное устройство ПУ в режим измерения глубины. Ре-
гулируя усиление, доводят стрелку измерительного прибора ИП до
условной отметки.
Эта операция называется калибровкой. Проведя калибровку,
поворачивают штангу антенны ручкой вниз и ставят ручку на то
место, где находилась антенна (рис. 274, б). Штанге придается верти-
кальное положение. В связи с удалением от кабеля антенна перехо-
дит в точку с меньшей напряженностью магнитного поля, поэтому
угол отклонения стрелки измерительного прибора уменьшается.
Степень уменьшения напряженности магнитного поля над по-
верхностью земли на высоте, равной длине штанги, зависит от глу-
бины расположения кабеля. На основе этой зависимости осуществля-
ется градуировка прибора.
331
Глава 26
’’ОСЦИЛЛОГРАФЫ
§ 162. НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ОСЦИЛЛОГРАФОВ
Осциллографами называют приборы, предназначенные для наблю-
дения и записи быстро изменяющихся периодических и непериоди-
ческих электрических процессов. Осциллографы, предназначенные
только для визуального наблюдения и не имеющие приспособлений
для регистрации исследуемых процессов, называют осциллоскопами.
Однако в таких приборах имеется возможность фотографирования
изображения, и поэтому в практике их также называют осциллогра-
фами.
Современные осциллографы подразделяются на две группы: элек-
тромеханические, или вибраторные, и электронные.
В электромеханических осциллографах подвижная часть измери-
тельного устройства обладает инерцией. Поэтому их используют для
исследования периодических электрических процессов, изменяющих-
ся с частотой до 1—2 кГц, а также для наблюдения и фотографирова-
ния непериодических процессов продолжительностью до 1 мс.
В электронных осциллографах используется поток электронов,
сфокусированный в виде прямолинейного луча, управляемый иссле-
дуемым электрическим процессом. Поэтому такой осциллограф прак-
тически не обладает инерцией и дает возможность наблюдать перио-
дические электрические процессы, изменяющиеся с частотой от не-
скольких герц до 100—1000 МГц, а также непериодические процессы
продолжительностью до долей микросекунды.
Осциллографы находят самое широкое применение во всех облас-
тях электрических и специальных измерений, а также в различных
областях науки, техники и современного производства. Электрон-
ные осциллографы нашли применение как составная часть в ряде из-
мерительных приборов (анализаторы гармоник, импульсные измери-
тели линий и кабелей, измерители затухания и т. д.).
§ 163. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОМ !
ОСЦИЛЛОГРАФЕ
Одним из основных элементов электромеханического осциллогра-
фа является петлевой вибратор магнитоэлектрической системы
(рис. 275). Он состоит из постоянного магнита 3, в поле которого поме-
щена петля 4 из бронзовой ленточки с закрепленным на ней зер-
кальцем 5. Петля имеет специальное крепление, поддерживающее ее
в натянутом состоянии.
Луч света от лампочки 1 через оптическую фокусирующую систе-
му 2 попадает на зеркальце вибратора и отражается от него на зер-
кальную грань призмы 6. Призма может вращаться в направлении,
332
Рис. 275. Схема, поясняющая
принцип действия электромеха-
нического осциллографа
указанном стрелкой. Вращение приз-
мы осуществляется от специального
электродвигателя. Отраженный от
грани призмы световой луч попадает
на прозрачный экран 7.
В спокойном состоянии системы
на экране будет видна резко сфоку-
сированная белая точка. Если к за-
жимам вибратора подвести перемен-
ное напряжение, то возникнут коле-
бания петли 4, а следовательно, и
зеркальца 5. Вследствие этого свето-
вой луч будет перемещаться вверх и
вниз по зеркальной грани призмы 6
и на экране' появится вертикальная
белая черта. Если же напряжение
от зажимов вибратора отключить и
включить электродвигатель, вращаю-
щий призму 6, то на экране будет
изображена горизонтальная прямая линия. Это происходит в резуль-
тате вращения призмы, при котором изменяется угол между пло-
скостью грани призмы и направлением падающего на нее светового
луча. При этом светящаяся точка перемещается по экрану. Процесо
повторяется многократно при переходе светового луча на последую-
щие грани призмы.
Призма 6 вращается равномерно с постоянной скоростью. Время
перемещения световой точки по экрану называется периодом раз-
вертки. Для получения на экране изображения исследуемого процес-
са на зажимы вибратора подают исследуемое напряжение и включают
электродвигатель, вращающий зеркальную призму 6. При этом све-
товой луч прочерчивает на экране 7 изображение кривой исследуе-
мого напряжения.
В электромеханическом осциллографе промышленного типа све-
товой луч, кроме изображения на экране, еще оказывает воздействие
на фотопленку или бумагу, на которой записывает исследуемый про-
цесс. Это можно пояснить схемой, приведенной на рис. 276. Световой
луч от лампочки 1 проходит через оптическую систему 2 (объектив
с диафрагмой) и, отражаясь от зеркала 3, попадает на зеркальце виб-
ратора 4. Отсюда часть луча, отражаясь, направляется через линзу
9 на равномерно движущуюся фотопленку или бумагу 10. На ней за-
писывается исследуемое напряжение в виде кривой определенной фор-
мы, соответствующей его изменению во времени (например, синусои-
да и т. п.).
Часть светового потока проходит через неподвижную призму 5
и от нее направляется на зеркало 6, от которого отражается и попадает
на зеркальную грань вращающейся многогранной призмы 7. От по-
следней луч отражается и попадает на прозрачный экран 8. Световой
луч на экране прочерчивает по уже известному принципу кривую из-
меняющегося исследуемого напряжения.
333
Рис. 276. Схема устройства электромсханическо
го осциллографа промышленного типа
В современных электромеханических осциллографах используется
одновременно несколько вибраторов (отЗдо 60). Этим достигается воз-
можность одновременного исследования нескольких изменяющихся
электрических процессов, что является преимуществом прибора. Ос-
циллографы такого типа могут также применяться для исследования
изменяющихся неэлектрических процессов совместно с генераторны-
ми преобразователями (см. гл. 32).
§ 164. электронный осциллограф
Назначение. Электронный осциллограф позволяет визуально
наблюдать и фотографировать форму и характер быстро изменяющих-
ся процессов, происходящих в любой электрической цепи. При помо-
щи осциллографа можно исследовать форму электрических колеба-
ний, измерять переменные и постоянные напряжения и токи, наблю-
дать и снимать характеристики электрических фильтров, различных
контуров и аппаратуры, вольт-амперные характеристики электрон-
ных ламп, кристаллических диодов и триодов, измерять мощность
электрического тока, частоту электрических колебаний, разность фаз
и фазовые углы, измерять коэффициент модуляции, определять ха-
рактер неисправностей в электрических цепях аппаратуры связи,
производить настройку радиоаппаратуры. Электронный осциллограф
позволяет наблюдать и исследовать не только периодические, но и
кратковременные электрические процессы, такие, как импульсные
электрические разряды и подобные им явления.
Структурная схема. Осциллограф (рис. 277) состоит из электронно-
лучевой трубки ЭЛТ, канала горизонтального отклонения, канала
вертикального отклонения блока питания БП, коммутирующих эле-
ментов (переключателей и выключателей) и вспомогательных блоков:
калибровки амплитуд КА (или чувствительности) и калибровки дли-
тельности КД.
В канале вертикального отклонения находится входной дели-
тель Вх.Д (аттенюатор), предназначенный для регулировки напря-
334
жения входного сигнала, и усилитель вертикального отклонения
УВО, усиливающий приходящий сигнал, подаваемый на вертикально
отклоняющие пластины ЭЛТ.
В канал горизонтального отклонения входят: генератор разверт-
ки ГР и блок синхронизации БСх\ усилитель горизонтального откло-
нения УГО, усиливающий напряжение генератора развертки или на-
пряжение, поступающее с Горизонтального входа Вх.Х, подаваемое
затем на пластины ЭЛТ.
Блок питания БП — полупроводниковый или кенотронный вып-
рямитель, обеспечивающий питание всех узлов осциллографа.
Калибратор амплитуд К.А служит для калибровки прибора при
измерении напряжения, а калибратор длительности — для измерения
временных характеристик длительности импульсов, периодов коле-
баний и других подобных процессов.
Основные технические характеристики осциллографа: чувстви-
тельность, входное сопротивление и входная емкость, полоса про-
пускаемого спектра частот, виды развертки, размер экрана ЭЛТ.
Электронно-лучевая трубка является одной из основных деталей
прибора. Она представляет собой стеклянный баллон, похожий на
колбу с плоским дном, покрытым с внутренней стороны веществом,
светящимся под ударами электронов. Дно трубки служит экраном.
В качестве покрытий дна применяют минерал виллемит или искусст-
венно полученный кремниекислый цинк, дающий свечение зеленого
цвета.
В трубках, предназначенных для фотографирования исследуемых
процессов, используют вольфрамистый барий или кадмий. Эти ве-
щества дают сине-фиолетовое свечение, оказывающее более интенсив-
ное воздействие на фотопленку.
Важной характеристикой экрана является время его послесвече-
ния. Это явление состоит в том, что возбужденное покрытие экрана
испускает свет еще некоторое время после прекращения воздействия
на него ударов электронов. При
исследовании процессов^ изме-
няющихся с высокой частотой,
время послесвечения должно
быть небольшим, а при иссле-
довании медленно протекающих
процессов — значительным.
Устройство и схема включе-
ния электронно-лучевой трубки
приведены на рис. 278. Внутри
баллона трубки укреплены элек-
троды: нить накала Н, катод К,
управляющий электрод-модуля-
тор М, аноды А1 и А 2 и откло-
няющие пластины У—У',
X—X'. Комплекс электродов,
исключая отклоняющие пласти-
ны, предназначенный для соз-
канал вертикального отклонен
ВхУ
УВО
ЭЛТ
SX
——о
ВхХ'
—о
Канол еоризотального
отклонения
ПБ _непр П5
Вне
о—
О—
Вх X
ПУ
Рис. 277. Обобщенная структурная схе-
ма электронного осциллографа
835
Рис. ,278. Устройство и схема включе-
ния электронно-лучевой трубки
дания электронного луча, назы-
вается электронным
прожектором.
Нить накала Н питается
: переменным током низкого на-
пряжения и разогревает катод,
выполненный в виде цилиндра,
'окружающий нить накала. Тор-
цовая часть катода К покрыта
оксидным слоем, испускающим
электроны. Вокруг катода рас-
положен цилиндрический элек-
трод с отверстием в торце, на-
зываемый модулятором М. На
него подают отрицательный по-
тенциал относительно катода,
благодаря чему поток электро-
нов, испускаемый катодом, груп-
пируется в виде луча, проходя-
щего через отверстие в моду-
ляторе.
Для того чтобы электронный поток достигал экрана и концентри-
ровался на нем в виде резкой точки, используется система анодов А1
и А2, создающих ускоряющее электрическое поле, действующее на
электронный поток и фокусирующее электронный луч. На первый
анод А1 подают положительное напряжение от 200 до 1000 В в за-
висимости от типа трубки, а на второй А2 — от 1000 до 4000 В. Вслед-
ствие разности потенциалов анодов между ними образуется электри-
ческое поле. Электронный луч, попадая в это поле, отклоняется им в
направлении к горизонтальной оси и получает ускорение в направле-
нии к экрану Э. Следовательно, аноды действуют как собирательная
линза, направляя электронный луч на экран в виде резко очерченной
точки.
На фокусировку луча влияют вторичные электроны, выбитые из
экрана и заряжающие стенки трубки. Для устранения этого баллон
трубки с внутренней стороны покрывают проводящим слоем из кал-
лоидного раствора графита, называемого аквадагом Акв, сое-
диненным с анодом А2. Благодаря этому вторичные электроны отво-
дятся на анод.
Изменяя потенциометром П2 потенциал на аноде А1, меняют кон-
фигурацию электрического поля анодов, а значит, и фокусное расстоя-
ние рассмотренной системы, что позволяет регулировать резкость
пятна на экране. Изменением отрицательного напряжения на модуля-
торе М с помощью потенциометра 77/ можно регулировать яркость
точки на экране трубки.
Характеристика ЭЛТ. Управление лучом в рассмотренной элек-
тронно-лучевой трубке осуществляется электрическим полем, возни-
кающим между отклоняющими пластинами при подаче на них управ-
ляющего напряжения U. Такие трубки называют низковольтными с
33S
электростатическим управлением лучом. Применение их в электрон-
ных осциллографах позволяет упростить электрическую схему откло-
нения луча, не требует больших мощностей на фокусировку луча и
особенно на отклонение его напряжением, поданным к отклоняющим
пластинам. Это имеет большое значение, особенно при исследовании
импульсных периодических и непериодических процессов.
Характерным параметром трубки является чувствительность S.
Это величина, показывающая линейное перемещение пятна на экра-
не при изменении напряжения на отклоняющих пластинах на 1 В,
где h — перемещение пятна по экрану, мм, от первоначального
положения;
U — изменение напряжения на отклоняющих пластинах, В;
I — длина отклоняющих пластин, мм;
L — расстояние от края отклоняющих пластин до экрана труб-
ки, мм;
в — расстояние между отклоняющими пластинами, мм;
Va — анодное напряжение, В.
Принцип управления электронным лучом. Начальное положение
светящейся точки на экране определяется величиной постоянного
напряжения, снимаемого с потенциометров ПЗ и /74, которое подает-
ся на отклоняющие пластины Y-Y', Х-Х'. Напряжение, снятое с по-
тенциометра ПЗ, перемещает точку по оси Y, а напряжение о по-
тенциометра П4 — по оси X. Это дает возможность при исследовании
электрических процессов более удобно установить рассматриваемое
изображение на экране осциллографа.
Перемещение световой точки по экрану происходит под действием
переменных электрических полей, образованных отклоняющими плас-
тинами Y-Y' и Х-Х'. Одна пара пластин У-У'при подаче перемен-
ного напряжения на зажимы 2-3 быстро перемещает электронный луч
по вертикали, оставляя на экране изображение вертикальной прямой
линии. При подаче такого напряжения на зажимы 1-2 и отсутствии
напряжения на зажимах 2-3 луч будет перемещаться по горизонтали,
и на экране будет видна горизонтальная светящаяся линия. При по-
даче одновременно двух напряжений на зажимы 2-3 и 1-2 электронный
луч будет совершать сложное движение, вычерчивая на экране фигуру
определенной формы, зависящей от амплитуд и фаз подведенных на-
пряжений. Ее называют фигурой Лиссажу.
В современных осциллографах применяют ламповые усилители,
обеспечивающие необходимые амплитуды напряжений, подводимых
к отклоняющим пластинам Y-Y', и генераторы, вырабатывающие на-
пряжение, подаваемое на отклоняющие пластины Х-Х'. Эти узлы при-
бора питаются от сети переменного тока через кенотронные или полу-
проводниковые выпрямители. Для питания электронно-лучевой труб-
ки используют отдельный высоковольтный выпрямитель.
337
§ 165. ПРИНЦИП ПОЛУЧЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ
НА ЭКРАНЕ ОСЦИЛЛОГРАФА
В зависимости от поставленной задачи при помощи электронного
осциллографа могут исследоваться соотношения между двумя из-
меняющимися электрическими процессами или изменения электри-
ческого процесса во времени. Рассмотрим принцип получения изобра-
жений на экране осциллрграфа при исследовании переменных напря-
жений.
Если исследуемые напряжения Uc и Uр имеют синусоида ьную
форму и одинаковые амплитуды, а фазы их будут сдвинуты на 90е (или
на 270°), то на экране будет видна окружность (рис. 279). В этом легко
убедиться путем построения фигуры. В нулевой момент времени на-
пряжение на пластинах Х-Х' равцо нулю, а на пластинах Y-Y'
имеет наибольшее отрицательное значение. Точка на экране будет
внизу в положении 0. В момент времени, отмеченный 1, напряжение
на пластинах Х-Х' увеличится до значения а на пластинах
Y-Y' уменьшится до значения 1-Г. При этом точка на экране перемее-
тится в положение /. Продолжая построение дальше, можно убедить-
ся в том, что точка опишет окружность-. Если начальные фазы рассмат-
риваемых напряжений совпадают, то на экране будет прямая линия,
наклоненная под углом 45°. Такая же линия, но с наклоном в проти-
воположную сторону будет получена при сдвиге фаз на 180°. Изме-
нение амплитуды одного из исследуемых напряжений приводит к из-
менению угла наклона прямой линии к горизонтальной оси
Если же сдвиг фаз равен 45 или 135°, то на экране будет эллипс,
большая ось которого расположена под углом к горизонтальной ли-
нии В том случае когда синусоидальные напряжения, подведенные
к отклоняющим пластинам электронно-лучевой трубки, будут отли-
чаться по частоте и соотношение между частотами напряжений будет
равным отношению целых простых чисел, например 1 : 2; 2 : 3; 1:4
и т. д., фигура на экране прибора будет казаться неподвижной. Фор-
Рис. 279. Получение фигуры
Лиссажу при синусоидальных
напряжениях, сдвинутых по
фазе на 90°
ма фигуры зависит от формы кривых
подведенных напряжений и от соотно-
шения между их фазами и амплитудами.
На рис.280 показано построение фи-
гуры Лиссажу на экране электронно-
лучевой трубки при отношении частот
напряжений fc : /р =2:3; при этом
начальные фазы напряжений совпадают
и амплитуды их равны между собой.
В начальный момент времени оба на-
пряжения равны между собой: Ua =
= Up = 0. На экране эта точка отмече-
на 0. Через некоторый промежуток вре-
мени, соответствующий времени tlt ам-
плитуда напряжения Uc, поданного на
отклоняющие пластины Y Y', возра-
стает до значения и‘о, а напряжения
зза
Up, поданного на отклоняющие
пластины X -X', — до значения
Ump. Точка на экране под дей-
ствием этих напряжений пере-
местится в положение /. В мо-
мент времени /2 напряжение
Uc = и"с, а напряжение Up = 0.
Точка на экране сместится в по-
ложение 2. Так же определяют
положение точки на экране во
все последующие моменты вре-
мени, отмеченные на графике и
на экране цифрами 3, 4, 5,
12. По фигуре, полученной на
экране трубки, определяют соот-
ношение частот. Для этого про-
Рис. -280. Получение фигуры Лиссах;'/
при синусоидальных напряжениях с oi-
ношением частот 2 : 3
водят горизонтальную в—г и
вертикальную д—е прямые ли-
нии, пересекающие изображен-
ную фигуру. Эти прямые не
должны проходить через точки
пересечения линий самой фигуры.
Количество пересечений линий фигуры с горизонтальной прямой
соответствует количеству изменений напряжения Uc. В данном при-
мере напряжение Uc пересекает горизонтальную ось 4 раза. Анало-
гично напряжение Up пересекает вертикальную ось 6 раз. Следова-
тельно, отношение частот этих напряжений
/ь 6 з ’
Па рис. 281 показаны формы некоторых фигур, полученных на эк
ране электронного осциллографа при различных соотношениях час-
тот и фаз исследуемых напряжений. По фигурам, полученным на эк
ране прибора, при известной ча-
стоте одного из напряжений
можно определить неизвестную
частоту другого напряжения.
Этот принцип положен в осно-
ву определения частоты при по-
мощи электронного осцилло-
графа.
На таком же принципе осно-
ваны исследования других за-
висимостей (например, вольт-
амперных характеристик, петли
гистерезиса, характеристик
электронных ламп и т. д.).
Для получения на экране осцил-
лографа требуемой характери-
стики необходимо исследуемые
•Рис. 281. Фигуры Лиссажу при разных
соотношениях частот и разных углах
сдвига фаз
ЗЗЭ
Рис. 282. Получение изображения петли гистерезиса
электрические величины преобразовать в переменные напряжения,
изменяющиеся пропорционально изменению исследуемых величин.
Эти напряжения подают на отклоняющие пластины, и на экране появ-
ляется соответствующая фигура, характеризующая исследуемую за-
висимость. Так, например, для получения петли'гистерезиса на ис-
следуемый образец ферромагнитного материала помещают обмотки
W1 и W2. Из включают по схеме, приведенной на рис. 282, а. Зажимы
/ и 2 соединяют с сетью переменного тока через регулировочный ав-
тотрансформатор — ЛАТР.
Переменное напряжение UrnR с участка схемы R пропорционально
силе тока протекающего в обмотке W1 и намагничивающего сер-
дечник, или напряжение UmR пропорционально напряженности маг-
нитного поля Н. Ток /2, индуктированный в обмотке W2, создает на
конденсаторе С переменное напряжение Ume, пропорциональное из-
менениям магнитной индукции В. Следовательно, при подаче напря-
жений UmR и Umc соответственно на пластины, горизонтально и вер-
тикально отклоняющие электронный луч, на экране осциллографа
появится фигура (рис. 282? б), изображающая зависимость В = f (Н).
Создавая специальные схемы наблюдений и применяя различные
приставки к осциллографу, можно рассматривать на его экране более
сложные процессы и характери-
стики.
Для того чтобы получить на
экране изображение кривой иссле-
дуемого напряжения U = f (/), не-
обходимо на отклоняющие пласти-
ны Х-Х' подать напряжение Up
(см. рис. 278), изменяющееся про-
порционально времени в течение
всего периода. Таким напряжением
является напряжение пилообраз-
ной формы, называемое напряже-
нием развертки. На пластины
Y-Y' подают исследуемое напря-
жение Uc. Построение фигуры
Лиссажу для случая одинаковой
частоты напряжений показано на
рис. 283. Если частота исследуе-
Рис. 283. Развертка синусоидально-
го напряжения с помощью напряже-
ния пилообразной формы
340
мого напряжения Uo будет в целое число раз, больше напряжения
развертки t/p, то на экране трубки будет укладываться соотвегст-
вукмцее число периодов исследуемого напряжения.
§ 166. ПОЛУЧЕНИЕ ПИЛООБРАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ
Пилообразное напряжение в электронном осциллографе выраба-
тывают специальные генераторы развертки ГР (см. рис. 272). В них
используют процесс медленного заряда и быстрого разряда конденса-
тора, с которого снимают напряжение пилообразной формы. Комму-
тация конденсатора на заряд (через большое сопротивление) и на раз-
ряд (через малое сопротивление) происходит автоматически с помощью
тиратрона, электронных ламп или полупроводниковых приборов-
транзисторов. На рис. 284, а приведена упрощенная схема простей-
шего генератора пилообразного напряжения с тиратроном. Конден-
сатор С медленно заряжается от источника питания Е& через резис-
торы R1 и R2. Когда напряжение на конденсаторе достигнет напря-
жения зажигания тиратрона, происходит быстрый разряд через заж-
женный тиратрон ТГ, обладающий в этом момент очень малым сопро-
тивлением. Следовательно, на конденсаторе С возникает напряжение
пилообразной формы Ua, которое снимается с зажимов 3-4.
Частота колебаний генератора пилообразного напряжения /п долж-
на быть меньше частоты исследуемого напряжения fc в целое число
раз, т. е. между этими частотами должна сохраняться такая зависи-
мость: f0 : fn — N, где N обычно не превышает трех. Ввиду того что
частота колебаний генератора пилообразного напряжения не остает-
ся постоянной в течение времени и нарушается кратность отношения
частот, наблюдаемое изображение все время перемещается по экрану
осциллографа. Этот недостаток устраняют синхронизацией частоты
генератора пилообразного напряжения а частотой исследуемого на-
пряжения или напряжения какого-либо постороннего стабильного
генератора или же g частотой напряжения сети. Напряжение синхро-
низации Uа подается на сетку тиратрона с зажимов 1-2 (см. рис. 284, а).
311
Для регулировки его амплитуды применен резистор с переменным
сопротивлением R4. Резистор R3 служит развязкой в сеточной
цепи.
Процесс синхронизации можно иллюстрировать графиком
(рис. 284, б). В левой части показана пусковая характеристика ти-
ратрона, а справа — график, поясняющий процесс синхронизации.
Если на сетку тиратрона подается только постоянное отрицатель-
ное напряжение Ес, а напряжение синхронизации отсутствует, то за-
жигание тиратрона будет происходить при напряжении 77ЗО. Напря-
жение на конденсаторе С будет изменяться от величины напряжения
погасания Ull0r до величины напряжения зажигания Ua0 тиратрона
по ломаной линии 1, 3, 5, 8, 9 с периодом Т.
При подаче на сетку тиратрона, кроме постоянного напряжения
Ес, переменного напряжения синхронизации ис с периодом Тс, напря-
жение зажигания тиратрона будет изменяться в соответствии с изме-
нением напряжения на его сетке, как показано в правой части графи-
ка (кривая и'с). Теперь тиратрон будет зажигаться в те моменты вре-
мени, когда напряжение на конденсаторе С будет достигать значений,
отмеченных на графике точками 2, 6, 10. При этом период Т'р зажи-
ганий тиратрона будет равен периоду Тс напряжения синхронизации
ис, т. е. частота пилообразного напряжения fu будет синхронизиро-
вана с частотой/с напряжения, подведенного к зажимам 1-2 генератора
развертки.
Если частоты /п и fc равны между собой, то на экране осциллогра-
фа будет устойчивое изображение одного периода исследуемого напря-
жения. При соотношении частот fQ : — 3 на экране осциллографа
будет устойчивое изображение трех периодов исследуемых колебаний,
так как тиратрон будет зажигаться в каждый третий период напряже-
ния синхронизации ввиду того, что в течение двух предыдущих перио-
дов напряжение на конденсаторе С недостаточно для зажигания ти-
ратрона.
Тиратронные генераторы при частотах, превышающих 50 кГц,
работают неустойчиво, поэтому в осциллографах с более широким
спектром частот применяют ламповые, а в последнее время транзис-
торные генераторы развертки. Рассмотрим одну из схем лампового
генератора развертки (рис. 285, а). При его включении в анодной цепи
лампы Л1 мгновенно появляется анодный ток, создающий напряжение
на резисторе R4. Минус этого напряжения через резистор R3 подается
на сетку лампы <772 и запирает ее. Анодный ток в цепи лампы Л2 не
возникает мгновенно, так как конденсатор С2, подключенный к ано-
ду лампы, заряжается медленно через резистор R2. Когда напряжение
на конденсаторе £5, а следовательно, и на аноде лампы <772 достигнет
значения U'c (рис. 285, б), при котором лампа отпирается, в ее анод-
ной цепи появляется ток. При этом падение напряжения на резисто-
ре R4 возрастает и, следовательно, увеличивается отрицательное на-
пряжение на сетке лампы <77/, снимаемое с резистора R4. Ток в анод-
ной цепи лампы <77/ уменьшается, а напряжение на аноде увеличива-
ется, создавая дополнительный подзаряд конденсатора С1, в резуль-
тате чего на сетку лампы <772 подается положительный импульс с ре-
342 '
Рис. 285; Схема лампового генератора развертки
зистора R3. Благодаря этому происходит дальнейшее увеличение
анодного тока лампы Л2, т. е. тока разряда конденсатора С2. Увели-
чивается также падение напряжения на резисторе R4, вследствие че-
го запирается лампа Л1. Конденсатор С2 быстро разряжается через
лампу JI2 и напряжение на нем падает до значения Uc. К концу раз-
ряда конденсатора уменьшается анодный ток лампы Л2, в связи с чем
уменьшается падение напряжения на резисторе R4, а &ггёдователь-
но, уменьшается отрицательное напряжение на сетке лампы Л1, и она
отпирается. Появляется анодный ток. Напряжение на аноде лампы
уменьшается, и конденсатор С1, разряжаясь через лампу Л1 и резне
торы R4 и R3, подает отрицательный импульс на сетку лампы Л2, ко-
торая запирается, и снова начинается заряд конденсатора С2 через
резистор R2. Напряжение на конденсаторе С2 вновь возрастает до
значения Ua.
Таким образом, на конденсаторе С2 возникают колебания напря-
жения пилообразной формы Uu (см. рис. 285, б) Период генерируе-
мых колебаний определяется постоянной времени R2C2 цепи заряда
конденсатора С2.
Синхронизирующее напряжение Ucx подают на сетку лампы ге-
нератора развертки (см. рис. 285, а). В отрицательный полупериод
этого напряжения запирается лампа Л1, прекращается ток в ее анод-
ной цепи и увеличивается напряжение на аноде лампы, создавая под-
заряд конденсатора С1. Это, как уже известно, приводит к отпиранию
лампы Л2 и разряду конденсатора С2. Следовательно, синхронизи
рующее напряжение отпирает лампу Л2, и частота колебаний генера-
тора fu становится равной частоте /с. В зависимости от соотношения
частот fD и fc на экране осциллографа можно получить изображение
соответствующего числа периодов исследуемого напряжения подоб-
но тому, как это было указано в описании процесса синхронизации
в схеме G тиратроном.
Генераторы развертки на транзисторах имеют более сложную схе-
му. Они применяются в современных полупроводниковых осцилло-
графах.
343
Рис. 286. Структурная схема
ждущей развертки
| 167. ЖДУЩАЯ РАЗВЕРТКА
Для исследования периодически из-
меняющихся импульсных процессов раз-
вертка должна меняться в соответствии
е изменением исследуемого процесса
Поэтому применение непрерывной раз-
вертки неудобно. Необходимо, чтобы на-
пряжение развертки подавалось бы на
горизонтальные пластины электронно-
лучевой трубки при поступлении иссле-
дуемого сигнала. Для таких иссле-
дований в схемах современных осцил-
лографов применяется так называемая
«ждущая развертка». В этом случае генератор развертки как бы
ждет поступления исследуемого сигнала, при появлении которого он
начинает свою работу и заканчивает ее вскоре после прекраще-
ния действия сигнала.
Идею ждущей развертки можно представить структурной схемой
(рис. 286). Исследуемый сигнал поступает на вход осциллографа и
направляется к пластинам Y Y' и Х-Х'. Пройдя усилитель гори-
зонтального отклонения У ГО, сигнал попадает на узел схемы ЗРК,
запускающий генератор развертки ГПН, и воздействует на управ-
ляющий электрод <Уа электронно-лучевой трубки. Последний отпи-
рает электронный луч. Следовательно, одновременно с отпиранием
луча на отклоняющие пластины подается напряжение развертки.
Для того чтобы на экране трубки появилось полное изображение
исследуемого сигнала, он должен быть подан на пластины Y-Y' с не-
которым отставанием по времени от напряжения развертки. Это до-
стигается применением линии задержки ЛЗ, состоящей из сопро-
тивлений, емкостей и индуктивностей. Пройдя этот узел схемы, сиг-
нал усиливается усилителем вертикального отклонения УВО и воз-
действует на отклоняющие пластины.
После прекращения действия исследуемого сигнала на управляю-
щий электрод Уа подается отрицательное напряжение, запирающее
луч, и схема осциллографа приводится в первоначальное состояние
до поступления следующего импульса.
§ 168. ОДНОВРЕМЕННОЕ НАБЛЮДЕНИЕ ДВУХ ОСЦИЛЛОГРАММ
В практике эксплуатации устройств дальней телефонной связи,
автоматики и телемеханики нередко возникает необходимость в
одновременном наблюдении колебаний в двух различных точках ис-
следуемой цепи. Обычный осциллограф не обеспечивает такой воз-
можности, поэтому применяют коммутирующую приставку—элек-
тронный коммутатор. Этот прибор попеременно подключает к вер-
тикальному входу осциллографа исследуемые переменные напряже-
ния. Частота переключений подобрана такая, при которой глаз не
344
Рис. 287. Схемы электронных коммутаторов
замечает перерывов в изображении, благодаря чему на экране осцил-
лографа наблюдаются одновременно обе кривые исследуемых про-
цессов. Принцип действия электронного коммутатора можно иллю-
стрировать схемой с двумя трехэлектродными лампами (рис. 287, а),
на управляющие сетки которых подведены исследуемые напряжения
и иг. Поочередное запирание и отпирание ламп производится по-
дачей в противофазе на их катоды переключающих импульсов на-
пряжения U прямоугольной формы от генератора коммутирующих
импульсов ГКИ (обычно мультивибратор).
При полярности импульсов, указанной на схеме, отпирается лам-
па Л2 и на нагрузочном резисторе Ra выделяется напряжение L/',
пропорциональное напряжению U2, подведенному к управляющей
сетке этой лампы. Лампа Л1 в течение этого полупериода заперта и
напряжение Uu поданное на ее управляющую сетку, не выделяет на-
пряжения на резисторе RH. В последующий полупериод направление
импульсов изменяется, лампа Л2 запирается, а лампа Л1 отпирается
и на нагрузочном резисторе выделяется напряжение U{, пропорцио-
нальное напряжению Ц, воздействующему на сетку лампы Л1. Сле-
довательно, лампы будут работать поочередно, усиливая напряжения
UY и U2, подведенные к их управляющим сеткам. Пропорциональные
им усиленные напряжения U\ и (/' снимаются с нагрузочного резис-
тора 7?н и подаются на вертикальный вход осциллографа.
Аналогично рассмотренной схеме происходит процесс коммутации
исследуемых напряжений в схеме с транзисторами (рис. 287, б). Ком-
мутирующие импульсы напряжения прямоугольной формы подаются
на эмиттеры транзисторов Т1 и Т2, поочередно запирая и отпирая их.
Исследуемые напряжения и U2 подведены к базам транзисторов.
Выделенные напряжения на нагрузочном резисторе RH снимаются с
выходных зажимов на вертикальный вход осциллографа.
В производственных лабораториях для одновременного наблю-
дения двух осциллограмм используют электронные коммутаторы
С1-15/3, а также двухлучевые электронные осциллографы, в которых
применены электронно-лучевые трубки с двумя лучеобразующими
системами электродов. Система развертки обычно общая для обоих
лучей. Управление и регулировки раздельные для каждого луча. К
таким приборам относятся осциллографы Cl-7, С1-16, С1 18, С1-51,
С1-64.
846
§ 169. ЭЛЕКТРОННЫЙ ОСЦИЛЛОГРАФ ТИПА С1-49
Полупроводниковый осциллограф С1-49 предназначен для наблю-
дения и исследования формы электрических сигналов и измерения
амплитудных и временных характеристик в диапазоне частот от по-
стоянного тока до 5,5 МГц. Прибор позволяет наблюдать формы им-
пульсов а длительностью от 0,2 мкс до 0,1 с амплитудой от 10 мВ до
300 В, измерять амплитуду исследуемых сигналов от 20 мВ до 120 В
и временные интервалы от 0,4 мкс до 0,1 с.
Развертка может работать как в периодическом, так и в ждущем
режиме. С помощью осциллографа можно измерять частоту по фигурам
Лиссажу и сдвиг фаз. Размер прямоугольного экрана 36 X 60 мм.
Функциональная схема осциллографа приведена на рис. 288. На-
пряжение исследуемого сигнала подается на гнездо «Вход У». В за-
висимости от положения тумблера В1 сигнал поступает непосредствен-
но или через конденсатор С1 на вход аттенюатора Атн. Ручкой /
(«Вольт/дел.») устанавливают величину сигнала, удобную для наблю-
дения на экране электронно-лучевой трубки ЭЛТ. С блоком Атн
связан калибратор чувствительностью КЧ. В его схеме вырабатыва-
ются прямоугольные импульсы, которые используются для калибро-
вки усилителя вертикального отклонения электронного луча — УВО.
Калибровочное напряжение также выводится на гнездо ГнК («Выход
500тУ_|-|_|-|_»)> с которого может подаваться для калибровки дру-
гих элементов прибора.
После аттенюатора сигнал поступает на усилитель УВО, усили-
вается, а затем подается на вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ.
В блоке УВО имеются регуляторы: 2 — усиления (конструктивно
совмещенный с переключателем /); 3 — балансировки усилителя
УВО («Баланс»); 4 — калибровки чувствительности усилителя («Чув-
ствительность У») и 5 — смещения электронного луча по вертикали
—*- На
модуляторЗЛТ
Рис. 288. Функциональная схема электронного осциллографа С1-49
346
(«Смещение У»). В тракте усиления находится линия задержки ЛЗ,
необходимая для исследования коротких импульсов.
Пилообразное напряжение развертки электронного луча по го-
ризонтали вырабатывается генератором развертки ГР. Режим его
работы (ждущий или автоколебательный) регулируется ручкой 7
(«Стабильность»). Запуск развертки производится схемой синхрони-
зации ССх. В зависимости от положения тумблера В2 синхронизация
может осуществляться напряжением исследуемого сигнала, поступаю-
щим из блока УВО до линии задержки, или внешним напряжением,
поданным на гнездо ВхС («Вход синхронизации»), В схеме синхрони-
зации имеется регулятор 6 («Уровень»), с помощью которого можно
осуществлять запуск генератора развертки в определенной точке на
запускающем сигнале.
Пилообразное напряжение усиливается до необходимой величины
усилителем горизонтального отклонения луча УГО и поступает на
горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ. В приборе предусмот-
рена возможность подачи напряжения внешнего сигнала на горизон-
тально отклоняющие пластины. Для этого установлен тумблер ВЗ,
переключающий УГО с выхода ГР на гнездо «Вход X», к которому
подводится внешний сигнал.
Коэффициент усиления УГО регулируется в помощью регулято-
ров 8 и 9 («Корр, длительности»), выведенных под шлиц. Ручка 10
предназначена для смещения электронного луча по горизонтали
В канале горизонтального отклонения электронного луча имеется
схема бланкирующих импульсов — СБИ, вырабатывающая прямо
угольные импульсы, поступающие на специальные бланкирующие
пластины — БП в ЭЛТ и гасящие луч во время обратного хода пи-
лообразного напряжения.
В приборе применена электронно-лучевая трубка ЭЛТ типа
8ЛО4И. Для регулировки яркости и фокусировки электронного лу-
ча в блоке ЭЛТ имеются регуляторы //и 12.
В схеме прибора предусмотрено получение яркостных меток при
подаче внешнего напряжения на гнездо «Вход Z», расположенное на
задней панели прибора, связанное с модулятором ЭЛТ через кондеи
сатор С2.
Блок питания прибора БЛП обеспечивает все необходимые стаби-
лизированные напряжения для питания схемы осциллографа при под-
ключении блока к сети постоянного напряжения 24 В ± 10% или
переменного напряжения 220 В -± 10%, частотой 50—60 Гц или от
сети 220 В ± 5% и 115 В ±5%, частотой 400 Гц.
Управляют работой осциллографа ручками, расположенными на
его лицевой вертикальной панели (рис. 289); там же установлены и
коммутирующие элементы: / — гнездо выхода калиброванного на
пряжения; 2 — коаксиальное гнездо для подачи напряжения иссле-
дуемых сигналов; 3 — переключатель входного аттенюатора; 4 —
тумблер входа усилителя «У» для выбора режима усилителя УВО;
5 — ручка управления лучом по вертикали; 6 — экран ЭЛТ с на
кладной шкалой; 7 — регулятор освещения шкалы; 8 — регулировка
яркости луча ЭЛТ\ 9 — регулятор фокусировки луча ЭЛТ\ 10 — ин-
£47
дикаторная лампочка включения сети переменного тока; 11 — тумб-
лер включения и выключения сети; 12 — регулятор перемещения лу-
ча по горизонтали; 13 — тумблер умножения длительности развертки;
14 — переключатель длительности развертки; 15 — гнездо подачи
внешнего сигнала на вход «X»; 16 — ручка выбора режима работы ге-
нератора развертки (ждущий, автоколебательный); 17 — тумблер
выб9ра полярности синхронизации; 18 — тумблер установки открыто-
го или закрытого входа синхронизации; 19 — тумблер установки
внутренней или внешней синхронизации; 20 — ручка выбора уровня
запуска развертки; 21 — зажим для подключения заземления; 22 —
гнездо для подачи внешнего синхронизирующего напряжения.
Кроме органов управления, расположенных на лицевой панели,
на левой стенке выведены под шлиц регуляторы чувствительности
УВО, а на правой — корректоры длительности развертки.
Рис. 289. Лицевая панель электронного осциллографа С1 -49
848

На задней стенке прибора имеются: гнездо для подачи сигнала
яркостной модуляции луча; тумблер выбора источника питающего
напряжения; держатели предохранителей на 1А и 2А, тумблер вы-
бора напряжения сети, частотой 400 Гц.
Полупроводниковый осциллограф С1-49 выполнен в виде настоль-
ного переносного прибора с габаритами: ширина 170 мм, высота
223 мм, длина 430 мм. Прибор может применяться в лабораторных,
производственных и полевых условиях. При использовании неслож-
ной приставки, разработанной работниками Юго-Западной ордена
Ленина железной дороги 1121, с помощью осциллографа С1-49 можно
наблюдать за 1—2 кодовыми циклами и с достаточной точностью оп-
ределять величину тока в рельсовой цепи временные параметры ко-
довых сигналов, наличие помех и их характер.
В настоящее время промышленность выпускает значительное
количество разновидностей электронных осциллографов общего и
специального назначений. Их применяют для исследования электри-
ческих периодических однократных сигналов в широкой полосе
частот, фотографирования и измерения временных и амплитудных
параметров. Среди них осциллографы: универсальный С1-70 и мало-
габаритный С1-68, выполненные на полупроводниковых приборах с
применением микросхем.
Глава 27
ОСЦИЛЛОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПРОВЕРКИ
АППАРАТУРЫ И КАНАЛОВ СВЯЗИ
<
§ 170. ПРОВЕРКА СИНХРОННОСТИ И ГРАДУИРОВКА ГЕНЕРАТОРОВ
ПО ФИГУРАМ ДИССАЖУ
В многоканальной аппаратуре для получения от одного задающего
генератора необходимого числа токов несущих частот применяют де-
лители и умножители частоты. Если частота F задающего генератора
ст. А соответствует паспорту аппаратуры, тогда несущие частоты для
разных кацалов этой станции будут равны: F-, F^-, ..., F^ где т —
т т т
коэффициент деления, который может иметь значения от 1 до т, а
пх, пг, ..., пп — коэффициенты умножения для разных каналов. До-
пустим, что частота колебаний задающего генератора на ст. Б откло-
няется от паспортных данных и равна (F ± А/7), тогда несущие час-
тоты на этой станции примут значения от (F— ± ДА—) до (A_IL ±
т т т
± Д/^1).
т
При описанных условиях сигнал, имеющий частоту f, переданный
одновременно с помощью верхних боковых частот но каналам I и п
349
Градуируемый
генератор
Образцовый ео ст. А на ст. Б, будет на приеме
генератор
воспроизведен по одному каналу как
сигнал частотой (/ ± АЛ—), а по
т
другому как сигнал
(/ Т АЛ—), а переданный в помощью
нижних боковых частот будет вос-
произведен как сигнал, имеющий
частоты соответственно (/ ± АЛ^-) й (/ ± АЛ^-).
/и
Осциллограф
а
частотой
Рис. 290. Схема градуировки ге-
нератора по фигурам Лиссажу
Это обстоятельство позволяет использовать осциллограф для про-
верки синхронности частоты колебаний задающего генератора ст. Б
с частотой колебаний задающего генератора ст. А. С этой целью вы-
ход одного канала включают на горизонтальный, а другого — на
вертикальный вход осциллографа (напряжение линейной развертки
выключают). При неравенстве частот сигнала, принятого по разным
каналам, на экране осциллографа будет видна вращающаяся фигура
Лиссажу. Настраивая генератор ст. Б, добиваются, чтобы скорость
вращения фигуры не превышала 30 об/мин.
Составив схему, изображенную на рис. 290, можно производить
регулировку частоты генератора многоканальной аппаратуры по час-
тоте измерительного генератора, руководствуясь фигурами Лиссажу.
Подобной схемой пользуются и для градуировки измерительного ге-_
нератора по частоте образцового генератора.
§ 171. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ГЛУБИНЫ МОДУЛЯЦИИ
С помощью осциллографа коэффициент глубины амплитудной мо-
дуляции можно определить методом линейной разверт-
к и или методом трапеции.
Изображение амплитудно-модулированного сигнала, показанное
на рис. 291, на экране осциллографа получается, если напряжение
этого сигнала подвести к вертикально отклоняющим пластинам, а
пилообразное напряжение подать на горизонтально отклоняющие
пластины. Полученное таким образом изображение положено в ос-
нову метода линейной развертки. Определив с помо-
щью масштабной сетки экрана размеры А и В, коэф-
Рис. 291. К оп-
ределению ко-
эффициента
глубины мо-
дуляции мето-
дом линейной
развертки
фициент глубины модуляции рассчитывают по фор-
муле
0,5(В—Л)
0,5 (В + Л)
100 %
100 %
В4-А
Метод трапеции заключается в том, что
при выключенной линейной развертке модулирован-
ное напряжение подают на вертикальный вход ос-
циллографа, а напряжение модулирующего сигнала —
на горизонтальный вход (рис. 292, а). Если огибаю-
щая модулированного колебания и модулирующее
35Q
m<fOO°/o .m=WO°/o m>t00»/o
Рис. 292. К определению коэффициента
глубины модуляции методом трапеции
напряжение совпадают по фазе, то на экране получится изображе-
ние фигуры Лиссажу в виде трапеции (рис. 292, а и б). Относитель-
ные значения величин А и В измеряют непосредственно на экране.
Расчет коэффициента т ведут по той же формуле. Изображение, пред-
ставленное на рис. 292, в, возникает, когда т. = 100%, а на
рис. 292, г — когда т > 100%. При наличии сдвига фаз между упо-
мянутыми колебаниями, поданными на входы осциллографа, изобра-
жение фигуры Лиссажу, появляющееся на экране, дает меньшую
точность определения коэффициента модуляции,- поэтому нет прак-
тической необходимости рассматривать другие варианты фигур. Для
обеспечения синфазности огибающей модулированного колебания и
модулирующего напряжения необходимо на вход модулятора и на
вертикальный вход осциллографа напряжение подавать, от одного
источника без промежуточных звеньев.
§ 172. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАССТОЯНИЯ ДО МЕСТА ПОВРЕЖДЕНИЯ
ЛИНИИ СВЯЗИ с ПОМОЩЬЮ ОСЦИЛЛОГРАФА
Метод определения расстояния до места различного вида повреж-
дений в кабельных линиях связи, разработанный В. Н. Кулешевым
и В. О. Шварцманом, основан на использовании осциллографа и элек-
тронного коммутатора (переключателя). Как видно из схемы на
рис. 293, а, при помощи коммутатора К на вход осциллографа
ЭО подается поочередно напряжение их влияющей цепи, вырабаты-
ваемое генератором Г, и напряжение и2 цепи, подверженной влиянию.
Известно, что сосредоточенная неоднородность, возникшая в какой-
либо цепи, уменьшает переходное
и соседними цепями. На рас-
сматриваемой схеме причиной
перехода энергии с первой цепи
во вторую является сосредото-
ченная омическая асимметрия
Д/?. Волна напряжения от вы-
хода первой цепи до входа вто-
рой цепи на ближнем конце
проходит путь, равный 2х. Если
обе цепи имеют одинаковые па-
затухание между неисправной цепью
Рис. 293. Схема включения осциллогра-
фа для определения места повреждения
раметры, то напряжение «2 окажется сдвинутым по отношению на-
пряжения иу на угол, равный 2x0, где 0 — коэффициент фазы (кило-
метрический сдвиг фаз). Благодаря явлению послесвечения и инер-
ционности зрения на экране осциллографа (рис. 293,6) будут видны
одновременно графики обоих напряжений. Изменяя частоту генера-
тора, можно добиться совмещения нулевых значений и знаков обеих
синусоид. Это возможно в том случае, когда при некоторой частоте fy
длина волны X, уложится на отрезке 2х целое число раз (п), т. е. при
наличии равенства
2х = пку. (127)
Существует напряжение с частотой /2> Для которого можно напи-
сать аналогичное равенство
2х = (п + 1)Х2. • (128)
Но из теории связи по проводам известно, что
= 2л/01, а Х2 = 2л/02.
Подставляя значения иХ2 в равенства (127) и (128) и решая урав-
нения относительно х, находим
Л i
Х=--------.
Рг— Pi
Из теории связи по проводам также известно, что скорость распро-
странения волны напряжения определяется по формуле v = 2л//0.
Кроме того, установлено, что в нижней половине спектра, на ко-
торый рассчитана обычная кабельная линия, между километрическим
сдвигом фаз и частотой существует прямая пропорциональная за-
висимость, на основании которой можно написать, что fy/fi, = /2/02 =
= /:i/03, a v = ЗлД/0! = 2л/2/02, отсюда:
0! = 2nfy/v, 02 = 2л/2/о, а 02 — 0J = 2л (72 — fy)/v. (130)
Подставляя выражение (130) в формулу (129), находим
X = v/2 (73 — 71). (131)
Таким образом, для определения расстояния до места асимметрии
необходимо, плавно изменяя настройку генератора, найти две час-
тоты, при которых на экране осциллографа совпадают нулевые зна-
чения и знаки напряжений иг и w2 (см. рис. 293, б). Числовые значе-
ния указанных частот, прочитанные на шкале генератора, подстав-
ляют в формулу (131).
Скорость v определяют заблаговременно. Для этого на известном
расстоянии I при исправной цепи искусственно создают неоднород-
ность и определяют частоты fy и /2. В данном случае х = /; на основании
формулы (131) находим
^=2/(72-71).
352
§ 173. ПАНОРАМНЫЕ ИЗМЕРИТЕЛИ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКОВ
При проверке частотных характеристик каналов связи и их от-
дельных элементов (фильтров, выравнивателей, усилителей) с по-
мощью генераторов и измерителей уровней требуется большая за-
трата времени. Кроме того, нет практической возможности провести
измерения на всех частотах интересующего спектра, поэтому измере-
ния ограничивают незначительным числом точек. Но между выбран-
ными точками может быть частота, при которой параметры контура
имеют характеристику, отличающуюся от смежных характеристик.
Панорамные (визуальные) измерители, называемые характерио-
графами, ускоряют процесс измерения и позволяют наблюдать изоб-
ражение частотной характеристики четырехполюсника на экране
электронно-лучевой трубки в непрерывном заданном спектре частот.
В характериографе источником измерительного тока служит ге-
нератор качающейся частоты (см. § 128), а измерительным средством —
электронно-лучевая трубка. В основу работы характериографа по-
ложено согласованное во времени, т. е. синхронное, изменение часто-
ты генератора и движение луча по экрану трубки. Упрощенная струк-
турная схема характериографа, построенная по методу сравнения,
показана на рис. 294, а. Упомянутое согласование обеспечивается
подачей к генератору качающейся частоты /7СУ и к генератору раз-
вертки ГР электронно-лучевой трубки ЭЛТ пилообразного напряже-
ния (рис. 294, б) от одного источника — генератора ГПН.
Напряжение ГКЧ, изменяющееся по частоте с постоянной ампли-
тудой (рис. 294, в), подается на вход Вх1 блока контрольного канала
К К и на вход проверяемого объекта ПО. Выход ПО соединен со вхо-
дом измерительного канала Вх2. Контрольный и измерительный ка-
налы подведены к электронному коммутатору ЭК., который пооче-
редно подключает их к детектору Д. Выпрямленное напряжение по-
сле усиления поступает на вертикальный вход ЭЛТ. Для получения
на экране трубки масштабных отметок частоты в приборе предусмот-
рен маркерный блок БМ, создающий в контрольном канале импульсы
напряжения остропиковой формы. Работой электронного коммута-
тора управляют генератор пилообразного напряжения и блок синхро-
низации БС.
353
12 Зак. 1970
В контрольном канале применяют элементы с затуханием, не за*
висящим от частоты, в диапазоне рабочих частот, поэтому амплитуды
переменного напряжения на выходе блока КК на всех частотах имеют
равную величину, а графическое изображение выпрямленного напря-
жения на выходе детектора и характеристика этого напряжения на
экране ЭЛТ имеют вид прямых горизонтальных линий 1 с масштабны-
ми отметками (рис. 294, д и е). Амплитуды напряжения (а следова-
тельно, и уровни напряжения) на выходе проверяемого четырехполюс-
ника зависят от его частотной характеристики. На рис. 294, г, д и е
показаны кривые напряжений для случая, когда затухание четырех-
полюсника увеличивается с возрастанием частоты: позиция г — на-
пряжение на входе измерительного канала Вх2, позиция д кривая
2 — на выходе детектора и позиция е кривая 2 — на экране ЭЛТ.
Выпрямленные напряжения, относящиеся к контрольному и изме-
рительному каналам, поступают на вертикальный вход ЭЛТ неод-
новременно, но благодаря свойству послесвечения на экране вид-
ны непрерывно характеристики обоих каналов и масштабные отметки.
Затухание проверяемого объекта на частоте, соответствующей точ-
ке пересечения кривых 1 и 2 на экране ЭЛТ, равно затуханию кон-
трольного канала. Если в блоке КК применить отградуированный ма-
газин затуханий, то затухание проверяемого объекта на частоте отме-
ченной точкой пересечения определится отсчетом на шкале магазина.
Регулируя уровень напряжения на выходе контрольного канала, с
помощью магазина, можно горизонтальную линию 1 на экране ЭЛТ
перемещать вверх или вниз и по новым точкам пересечения линии 1
и 2 определять затухание исследуемого объекта в пределах всего диа-
пазона частот ГК.Ч.
Для измерения переходного затухания между двумя цепями (ка-
налами) влияющую цепь 1 (канал) подключают ко входу Вх1 контроль-
ного канала, а цепь 2 (канал), подверженную влиянию, ко входу Вх2
измерительного канала, как показано на схеме пунктиром.
На рассмотренном принципе работы панорамных измерителей по-
строены приборы типа XI-17, предназначенные для измерений час-
тотных характеристик затуханий и усилений четырехполюсников, а
также визуальные измерители переходных затуханий типа ВИЗ.
Приборы Х1-17 рассчитаны на рабочий диапазон частот от 10 до
600 кГц при затухании до 61 дБ (7Нп) и усилении до 74 дБ (8,5 Нп).
Приборы группы ВИЗ имеют следующие частотные диапазоны:
ВИЗ-2Б 124-300 кГц, ВИЗ-З 154-800 кГц и ВИЗ-600 204-600 кГц.
Названные приборы типа ВИЗ позволяют измерять переходные за-
тухания до 139 дБ (16 Нп).
§ 174. ПАНОРАМНЫЙ АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА ЧАСТОТ
СЛОЖНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СИГНАЛА И ГАРМОНИК
Анализатор спектра частот с осциллографическим индикатором,
структурная схема которого показана на рис. 295, построен по прин-
ципу преобразования частоты напряжения каждой составляющей ис-
354
следуемого сигнала, занимающе-
го полосу частот от /1С до fnc, в
напряжение промежуточной ча-
стоты /пр. Как видно из схемы,
исследуемый сложный сигнал
через входное устройство ВУ
подводится к смесителю С. Ко
Второму входу смесителя по-
дается напряжение от генера-
тора качающейся частоты ГКЧ,
изменяющейся плавно и перио-
дически от [1т до fnr. В резуль-
тате на выходе смесителя появ-
Рис. 295. Упрощенная структурная схе-
ма панорамного анализатора гармоник
ляются электрические колебания промежуточной частоты согласно
известной закономерности fnp = fu — Лс, fap /ир =
= fnr — fnc- Выделенные узкополосным фильтром У ПФ из общего
числа комбинационных составляющих колебания промежуточной ча-
стоты подаются последовательно на усилитель У1, выпрямитель Д
и усилитель постоянного тока У2. Выпрямленное и усиленное на-
пряжение подводится к вертикально отклоняющим пластинам элек-
тронно-лучевой трубки ЭЛТ. Поскольку значение этого напряжения
изменяется пропорционально напряжению поочередно исследуемых
составляющих суммарного сигнала, то отклонение луча по вертикали
на экране трубки будет пропорционально мощности соответствующей
составляющей. Согласованное действие генератора качающейся часто-
ты и горизонтальной развертки на экране электронно-лучевой трубки
осуществляется с помощью генератора развертки ГР. Для нанесения
частотных меток на экране в приборе предусмотрен калибратор К,
являющийся генератором импульсов.
Глава 28
ИМПУЛЬСНЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЙ
НА ЛИНИЯХ СВЯЗИ
§ 175. СУЩНОСТЬ ИМПУЛЬСНОГО МЕТОДА
Определение расстояния -до места повреждения линии связи
пульсным методом основано на полном или частичном отражении
пульса напряжения, которое вызвано нарушением однородности
пи, т. е. изменением ее волнового сопротивления. Из теории проводной
связи известно, что напряжение отраженной волны Uo при отсутствии
потерь определяется по формуле
ИМ
ИМ
це-
ий=иа^^
2Н + 2В
12*
355
где Un — напряжение падающей волны (падающего импульса);
ZB — волновое сопротивление линии;
Za — входное сопротивление линии в точке возникновения неод-
нородности.
Если имеется обрыв провода, то Zu > ZB. Поэтому величина Uo
имеет положительный знак, т. е. совпадает по знаку с величиной Ua.
В том случае когда линия замкнута, ZH < ZB, поэтому величина Uo
будет отрицательной, противоположной по знаку величине Ua; если
ZH = ZB, то правая часть равенства превратится в нуль, что свиде-
тельствует об отсутствии отраженной волны.
, Расстояние 1Х (рис. 296) от начала линии до места повреждения
зондирующий импульс тока проходит дважды: первый раз в прямом
и второй раз в обратном направлении. Весь путь, пройденный импуль-
сом, равен 2/х = tv,' где t — время пробега импульса от начала линии
до места повреждения и обратно к началу линии, a v — скорость про-
хождения тока по цепи. Решая это уравнение относительно 1Х, на-
ходим
1Х = 1/2-tv. (132)
Скорости распространения волны тока по различным линиям при-
ведены в табл. 13.
Таблица 13
Тип линии Скорость распростра- нения. м/с Волновое сопро- тивление, Ом
Воздушные линии электропередачи 35, 110, 220, 400 кВ 2,95-108 350—500
Воздушная линия связи, бронза-биметалл 2,86-10» 540—600
Воздушная линия связи, сталь 2,30-10» 1400—1500
Силовые высоковольтные кабели СБ, ОСБ, СБС на 3, 6, 10, 35, НО кВ 1,60- 108 35
Коаксиальные высокочастотные кабели свя- зи 1,94-108—2,95-108 55—75
Кордельный кабель с бумажной и стиро- флексной изоляцией 2,20-10е—2,45.10" 135—180
Таким образом, чтобы рассчитать расстояние 1Х по формуле
(132), нужно знать время пробега импульса тока, измеряемое микро-
секундами. Определение этого времени с одновременным пересчетом
его в число километров пройденного
Почало Место I-1 пути ПРОИЗВОДИТСЯ С ПОМОЩЬЮ ЭЛеК-
линии повреждения | I трОННО-ЛучеВОЙ Трубки.
f, z п Если на горизонтально отклоняю-
--------/у щие пластины электронно-лучевой
трубки подать напряжение, возра-
U---------------2._____J стающее пропорционально времени, а
на вертикально отклоняющие пласти-
Рис. 296. Контролируемая неис-
правная линия связи
ны — напряжение зондирующего н
отраженного импульса, то на экране
356
Рис. 297. Вид отраженных импульсов
на экране электронно-лучевой трубки
импульсного прибора
ЗИ. К тому времени, когда возвра-
^чалу линии, электронный луч, дви-
трубки получим картину, пред-
ставленную на рис. 297. Момент
подачи зондирующего импульса
в линию совпадает с началом
движения электронного луча от
левого края экрана к правому,
при этом напряжение зондирую-
щего импульса, поступая на
электронно-лучевую трубку, от-
клоняет луч по вертикали, бла-
годаря чему на экране появляет-
ся пик, обозначенный буквами
тится отраженный импульс к не
гаясь горизонтально по экрану, переместится в точку ОИ, где под
воздействием напряжения отраженного импульса возникает второй
пик.
Пик на экране вычерчивается выше горизонтальной линии, если
знак отраженного импульса совпадает со знаком зондирующего им-
пульса (см. рис. 297, а) и вычерчивается вниз от горизонтальной линии
(см. рис. 297, б), когда напряжение отраженного импульса имеет знак,
противоположный напряжению зондирующего импульса. Третий
пик К, показанный на рис. 297, б, появляется при разомкнутой ли-
нии и при нагрузке, не согласованной с волновым сопротивлением
цепи. Когда цепь однородна, исправна и нагружена сопротивлением
Z„, равным волновому сопротивлению цепи ZB, то отраженный им-
пульс не возникает (рис. 297, в).
Отрезок L, пройденный лучом по экрану, пропорционален време-
ни пробега импульса до места повреждения и обратно, следовательно,
размер L в определенном масштабе отображает расстояние 1Х (см.
рис. 296) Интервал времени между зондирующими импульсами тока,
повторяющимися с определенной периодичностью, должен быть боль-
ше времени, необходимого для пробега импульсом расстояния до кон-
ца линии и обратно к ее началу. Подачей кратковременных импуль-
сов на вертикально отклоняющие пластины наносятся вдоль горизон-
тальной линии экрана масштабные отметки, цену деления которых
в километрах определяют в пункте эксплуатации прибора для каж-
дой линии отдельно, искусственно создавая повреждения цепи в точ-
ках с известными расстояниями от начального пункта.
Приборы, построенные на рассмотренном принципе, отмечают
все имеющиеся в линии неоднородности, которые обеспечивают уро-
вень отраженной волны, находящийся в пределах чувствительности
приборов. Кроме того, с помощью этих приборов измеряют волновое
сопротивление, поступая при этом следующим образом. На одном кон-
це цепи включают импульсный измеритель, а на противоположном
конце градуированный нагрузочный контур. Регулируя параметры
контура, добиваются исчезновения отраженного импульса от конца
линии, обозначенного на рис. 297, а и б буквой К. Зафиксированное
при этом сопротивление контура будет равно волновому сопротивле-,
нию цепи.
12В Зак. 1970
357
§ 176. ПРИНЦИП РАБОТЫ ИМПУЛЬСНОГО ПРИБОРА ТИПА Р5-5
Рассмотренный в предыдущем параграфе импульсный метод по-
ложен в основу построения прибора Р5-5, предназначенного для ис-
пытания кабельных и воздушных линий связи.
На упрощенной структурной схеме этого прибора (рис. 298) при-
няты следующие обозначения: ГР — генератор развертки, подающий
пилообразное напряжение на горизонтальные пластины электронно-
лучевой трубки ЭЛТ-, ГЗИ — генератор зондирующих импульсов;
ДС — дифференциальная система; У ПС —- усилитель приходящих
сигналов; ЗГ — задающий генератор; БСИ — блок синхронизирую-
щих импульсов и БЗР — блок задержки развертки. Назначение бло-
ков ГР, ГЗИ, ДС и У ПС— ясно из их наименования. Рассмотрим
подробнее назначение блоков ЗГ, БСИ и БЗР.
Задающий генератор ЗГ вырабатывает синусоидальные коле-
бания строго стабилизированной частоты 100 кГц. Эти колебания в
синхронизирующем блоке БСИ превращаются в короткие импульсы,
посредством которых осуществляется согласованное действие всех
структурных элементов прибора в необходимой последовательности.
Кроме того, в блоке синхронизирующих импульсов формируются им-
пульсы, подаваемые на вертикально отклоняющие пластины элект-
ронно-лучевой трубки, для нанесения масштабных отметок на линии
развертки.
Блок задержки развертки позволяет сдвигать начало горизонталь-
ной развертки во времени относительно момента посылки зондирую-
щего импульса в линию, а генератор развертки позволяет регулиро-
вать скорость развертки. Этими регулировочными операциями изме-
няют масштабы изображения на экране, благодаря чему в пределах
экрана можно расположить весь участок в мелком масштабе или от-
дельные его отрезки по выбору в крупном масштабе.
Интервал времени между отдельными посылками зондирующих
импульсов определяется временем /л, которое необходимо для про-
бега зондирующего импульса вдоль всей проверяемой цепи и возвра-
щения к прибору импульса, отраженного от конца цепи (необходимо
помнить, что отраженный импульс в конце линии возникает только
при несогласованности входного сопротивления аппаратуры с вол-
новым сопротивлением липни). Минимальная скорость перемещения
Рис. 298. Структурная схема импульс-
ного прибора Р5-5
луча по экрану электронно-лу-
чевой трубки выбирается с таким
расчетом, чтобы луч за время /л
прошел на экране путь Г3 (на
рис. 297 и 299).
Обозначим через п — число
масштабных импульсов, посы-
лаемых на вертикально откло-
няющие пластины трубки за
время /л, и через Д/н интервал
времени между смежными отмет-
ками. Тогда количество делений
358
шкалы, образованных на линии
развертки экрана на указанное
время при минимальной скоро-
сти развертки, будет равно /л:
Д/и = (п - I).
Поскольку путь луча на
экране при указанной скорости
развертки в определенном мас-
штабе пропорционален макси-
мальной длине линии 1Л, на ко-
Рис. 299. Изменение масштаба изобра-
жения на экране прибора Р5-5 при оп-
ределении расстояния до места неодно-
родности
торую рассчитан режим работы прибора, то одно деление шкалы будет
пропорционально отрезку цепи длиной /0 = ln : (п — 1). Длина /0
этого отрезка представляет собой цену деления шкалы экрана.
Интервал Д/и между масштабными импульсами и время /л для
режима работы прибора, рассчитанного на исследование цепи про-
тяжением /л, постоянны, поэтому количество импульсов масштабных
отметок п, посылаемых в интервале времени /л, и цена деления 10
тоже постоянны.
Расстояние до места нарушения однородности цепи определяют
следующим порядком. Блоком ГР (см. рис. 298) устанавливают ми-
нимальную скорость развертки, а посредством блока БЗР совмещают
начало развертки с моментом посылки зондирующего импульса. По-
лученное при этих условиях изображение всего участка будет иметь
мелкий масштаб.
При таком масштабе расстояние до места обнаруженной неодно-
родности цепи можно определить приближенно умножением цены де-
ления на число делений между зондирующим и отраженным импуль-
сом (рис. 299, а).
С целью уточнения искомого расстояния деление шкалы, на кото-
ром расположен пик отраженного импульса, необходимо представить
на экране в крупном масштабе. Для лучшего понимания происхо-
дящего процесса в приборе расчленим операцию укрупнения мас-
штаба па два этапа. Если, не изменяя скорость развертки, задер-
жать ее начало по отношению к моменту посылки в линию зонди-
рующего импульса, тогда зондирующий импульс и масштабные отмет-
ки, относящиеся к начальным участкам цепи, не будут нанесены на
экране. На нем появятся только масштабные отметки, относящиеся
к последующим участкам, и отраженный импульс. Но пока еще рас-
стояния на экране между отметками остаются в прежнем масштабе.
Если же теперь увеличить скорость перемещения луча по экра-
ну, то число отметок, попадающих на экран, уменьшится (рис.
299, б и в), а расстояние между ними увеличится, т. е. увеличится
масштаб изображения неисправного участка, позволяющий уточнить
расстояние до места обнаруженной неоднородности.
12В’
359
Глава 29
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
ЛИНЕЙНО-АППАРАТНОГО ЦЕХА
§ 177. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Измерения электрических характеристик физических цепей и ка-
налов связи, выполняемые периодически инженерно-техническим пер-
соналом линейно-аппаратного цеха (ЛАЦ), являются основой для
проведения профилактических и ремонтных работ, обеспечивающих
безотказное действие средств проводной связи.
Физические цепи проверяют постоянным и переменным током. По-
стоянным током измеряют сопротивление шлейфа двухпроводной воз-
душной и кабельной цепи, ее асимметрию, сопротивление изоляции
между проводами (жилами) и каждым проводом (жилой) и землей.
Переменным током пользуются при проверке по усилительным участ-
кам рабочего затухания во всем диапазоне передаваемых частот, пе-
реходного затухания и защищенности между цепями. Кроме того,
проверяется импульсная характеристика физических цепей.
Для проверки качества работы низкочастотных каналов связи и
каналов высокочастотных систем передачи проводятся следующие из-
мерения приборами переменного тока. Измеряется амплитудно-час-
тотная характеристика, проверяется диаграмма уровней боковых и
контрольных частот, измеряются переходные влияния между кана-
лами одной системы и между каналами разных систем, работающих
на параллельных цепях, проверяется коэффициент нелинейных ис-
кажений и уровни шумов, производится синхронизация задающих
генераторов оконечных установок.
Периодичность перечисленных измерений установлена Инструк-
цией по техническому обслуживанию устройств проводной связи
ЦШ/3417, утвержденной Министерством путей сообщения СССР.
Для проведения измерений физических цепей в ЛАЦ должны быть
мосты постоянного тока и импульсные приборы Р5-5. Определение
характера повреждения физической цепи и участка, в пределах кото-
рого повреждение находится, производится с помощью, простейшего
прибора — испытателя линий (см. §114).
§ 178. ПРИБОРЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЕЙ,
ЗАТУХАНИЯ И АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
КАНАЛОВ СВЯЗИ --
Типы измерительных генераторов, измерителей уровней, визу-
альных измерителей, которыми оснащается линейно-аппаратный цех,
определяются рабочим диапазоном частот аппаратуры евязи, разме-
щенной в цехе. Измерительная аппаратура, описанная в предыдущих
главах, в основном предназначена для пунктов, имеющих оконечные
полукомплекты высокочастотных систем уплотнения.
360
В усилительных пунктах магистральных линий связи пользу-
ются измерительным генератором ЛИГ-ДП-300 и измерителем уров-
ня ИУ-ДП-300, рассчитанным на дистанционное питание по жилам
кабеля от источников напряжением 140—220 В. Генератор имеет фик-
сированные частоты 17, 40, 53, 67, 80, 92, 103, 115, 143, 163, 199 и
247 кГц и максимальный уровень мощности +1,5 Нп. Измеритель
уровня рассчитан на рабочий диапазон частот от 0,2 до 300 кГц и на
пределы измерения от —6 до +3 Нп. Выходные сопротивления ге-
нератора и входное сопротивление измерителя уровня могут прини-
мать значения 135, 600 и более 6000 Ом. Конструктивно оба прибора
оформлены как переносные.
Для повышения точности измерения коэффициента нелинейных ис-
кажений каналов связи и отдельных элементов аппаратуры (см. § 146)
применяют измерительные фильтры нижних частот, которые подав-
ляют гармонические составляющие тока измерительного генератора.
Измерительный фильтр типа ФИНЧ рассчитан на рабочий диапазон
0,05—20 МГц, подразделенный на 18 ступеней. Предельные частоты
ступеней фильтра следующие: 71, 101, 144, 205, 291, 414, 589, 838,
1190, 1700 2410, 3430, 4 888, 6950, 9880, 14 060, 20 000 кГц. На 18-й
ступени происходит непосредственное соединение выхода генератора а
измеряемым объектом в обход звеньев фильтра.
В ЛАЦ желательно иметь прибор, называемый искателем плохих
контактов (ИПК), с помощью которого можно обнаруживать дефект-
ные соединения с переменным сопротивлением. Прибор ИПК состоит
из генератора, от которого можно получить напряжения шести фик-
сированных частот (2; 12,5; 61; 150; 315 и 600 кГц) и приемника. Ге-
нератор включают на входе проверяемого блока аппаратуры, а при-
емник на его выходе. Генератор настраивают на частоту, соответст-
вующую рабочей частоте проверяемого тракта. Затем участки цепей
с испытуемыми контактами подвергают механическим местным сотря-
сениям. Эти сотрясения влекут за собой изменение сопротивления де-
4>ектных контактов, что в свою очередь приводит к амплитудной мо-
дуляции сигнала, поданного на вход блока.
В приемнике сигнал де.модулируется и прослушивается на те-
лефон или громкоговоритель. При наличии дефектного контакта бу-
дут слышны щелчки.
§ 179. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПУЛЬТЫ И КОМПЛЕКТЫ
Большое удобство для работы в условиях ЛАЦа создают измери-
тельные пульты, смонтированные на тележках. Пульты комплектуют
аппаратурой переносного типа, рассчитанной на определенный диа-
пазон частот.
В состав пульта ИП-300 (рис. 300) входят приборы ИГ-300,
ИУ-600, ИУУ-300, а также ИРЗУ-ЗОО, принцип работы которых уже
рассмотрен.
Измерительный комплект ИК-300 состоит из генератора ГС-300 и
измерителя уровня СИУ-300, которые выполнены в виде приборов
361
Рис. 300. Внешний вид измерительного
пульта ИП-300
настольного типа. Специаль-
ные установочные ножки даю?
возможность размещать прибор *
рядом с аппаратурой. Генератов
ГС-300 имеет такие основные ха-
рактеристики:
рабочий диапазон частот
0,2—300 кГц;
уровень выходной мощности
от4-2 до —4 Нп ступенями че-
рез 0,5 Нп и плавно в преде-
лах от —0,5 до 4-0,3 Нп от уста-
новленной фиксированной вели-
чины;
выходные сопротивления ге-
нератора 600, 135 Ом и низко-
омное 50 Ом;
коэффициент нелинейных ио-
кажений выходного напряжения
генератора при максимальном
уровне 4- 2Нп не более 1,5%. Из-
меритель уровня СИУ-300 может
быть использован или как ши-
рокополосный в диапазоне 0,2—
600 кГц с пределами измерений
от 4-3,0 до 7,0 Нп или как из-
бирательный в диапазоне 0,5—
300 кГц с пределами измерений
от 4-2,5 до —10 Нп. Прибор
СИ У-300 имеет входные сопро-
тивления 600 и 135 Ом и, крем»
того, более 8 кОм при работе на
частотах 0,2—300 кГц и более 6 кОм в полосе 300—600 кГц. При-
боры комплекта ИК-300 питаются от сети переменного тока напряже-
нием 127/220 В или от источника постоянного тока —24 В.
§ 180. ПОНЯТИЕ О ПАСПОРТИЗАЦИИ АППАРАТУРЫ
В состав электрического паспорта аппаратуры входят: частотные
характеристики затухания дифференциальных систем, фильтров, уд-
линителей; частотные характеристики усилителей; амплитудные ха-
рактеристики трактов передачи и приема; частотные характеристики
выравнивателей, регуляторов усиления и входного сопротивления
аппаратуры; переходное затухание между каналами высокочастот-
ной аппаратуры; переходное затухание между усилителями одной
стойки тональных усилителей и ряд других характеристик. Часть
паспортных данных сведена в таблицы утвержденных форм, некоторые
из них, кроме того, представлены в виде графиков.
362
Глава 30
ОСНОВНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ В РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЯХ
§ 181. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ
Свойства рельсовой цепи определяются электрическим сопротив-
лением рельсовых нитей вместе с накладками и стыковыми соедини-
телями и электрическим сопротивлением изоляции между рельсами.
Сопротивление рельсовых нитей переменному току состоит из рассре-
доточенных активных и индуктивных элементов, соединенных после-
довательно. Под сопротивлением изоляции подразумевается сопро-
тивление, оказываемое току утечки от одной рельсовой нити к дру-
• гой через шпалы и балласт. Для краткости его называют сопротив-
лением балласта. В исправной рельсовой цепи сопротивление рель-
сон и балласта по всей длине распределены равномерно.
Отнесенные к одному километру длины пути значения сопротив-
ления рельсов Zp Ом/км и балласта Z6 Ом/км называются удельными.
При низких частотах емкостью между нитями рельсов можно пре-
небречь и для удельного сопротивления балласта принять обозначе-
ния гб. В' рельсовых цепях постоянного тока Zp = гр, т. е. имеет ак-
тивный характер.
Вследствие падения напряжения в рельсах и утечки тока через
шпалы и балласт напряжение и ток по мере удаления от источника то-
ка уменьшаются. Это явление, называемое затуханием, оценивается
коэффициентом затухания а. которым количественно определяют сте-
пень уменьшения тока и напряжения в пределах отрезка рельсовой
цепи длиной I км. Затухание цепи длиной / км равно al. Характер за-
тухания напряжения и тока в зависимости от длины цепи показан на
рис. 301.
На протяжении рельсовой цепи напряжение и ток изменяются и
по фазе. Это изменение характеризуется фазовым коэффициентом р,
+ /Р называется постоян-
в начале одной рельсовой
в начале другой нити —
отнесенным к I км пути. Величина у = а
ной распространения.
В момент подключения источника э. д. с.
нити появляется положительный заряд, а
отрицательный заряд. Распространяясь
вдоль рельсовых нитей эти заряды, не
достигшие еще конца цепи (неустановив-
шийся режим), встречают в каждой точ-
ке одинаковое сопротивление, которое на-
зывается волновым и обозначается через ZB.
Величины Zp (гр) и Z6 (/"о) называются
первичными, a ZB, у, а и 0 — вторичными
параметрами рельсовой цепи.
Сопротивление рельсовой цепи, изме-
ренное при установившемся режиме и лю-
бой нагрузке, называется входным. Это
Рис. 301. Кривые, характе-
ризующие зависимость на-
пряжения и тока от длины
рельсовой цепи
363
сопротивление по мере удлинения цепи уменьшается и становится
равным волновому сопротивлению. Дальнейшее удлинение цепи и
изменение ее нагрузки на значении входного сопротивления не от-
ражается. Минимальной длины рельсовая цепь, входное сопротивле-
ние которой достигло равенства с волновым сопротивлением, назы-
вается электрически длинной линией. Чем выше частота тока, проте-
кающего в рельсовой цепи, тем меньше протяжение электрически
длинного отрезка цепи.
При заданной частоте тока удельное сопротивление Zp определя-
ется типом рельсов и сопротивлением стыков. Если стыковые соеди-
нения исправны, то значение Zp можно считать постоянным. Так,
при частоте тока / = 50 Гц модуль удельного сопротивления рельсо-
вой петли из рельсов Р43 |ZP| = 0,45 Ом/км, для рельсов Р50 |ZP| =
= 0,42 Ом/км и для рельсов Р65 |ZP| = 0,38 Ом/км.
Удельное сопротивление гр постоянному току при рельсах типа
Р43 равно 0,0426 Ом/км, а при рельсах Р65 — 0,0254 Ом/км. Удель-
ное сопротивление слабо загрязненного балласта гб со старыми (но
не гнилыми шпалами) имеет следующие значения: для щебеночного
2,0, для гравийного 1,5и для песчаного 1,0Ом/км. Минимально допус-
тимое сопротивление балласта, установленное нормами, равно 1 Ом/км.
Оценить состояние рельсовой цепи можно по результатам изме-
рения ее первичных параметров или по результатам измерения напря-
жения в разных точках цепи, измерения сопротивления неизолиро-
ванных стыков и по результатам проверки исправности изолирую-
щих стыков.
Первичные параметры в комплексном виде определяются из соот-
ношений:
Zp = ZBy, Za = ZD/y, (133) ,
а их модули по формулам:
|Zp| = |ZB|r^+T2 и |Z6| = r6 = -'Zb1 . (134)
/а» + Р2
Вторичные параметры по данным измерений, проводимых различ-
ными методами, определяют с помощью формул, выведенных примени-
тельно этим методам из основных уравнений четырехполюсников:
i/i = t/2cliy/ + /2Zb sh у/;
Л = /2ch yl+-у- sh у/.
В уравнениях индексы 1 соответствуют значениям величин, изме-
ренных на питающем, а 2 — па релейном концах, символами ch и sh
обозначены соответственно гиперболический косинус и синус, а бук-
вой / — длина рельсовой цепи в километрах.
364
§ 182. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ
ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Теоретически обосновано несколько методов измерения: холосто-
го хода и короткого замыкания, двух вольтметров и одного ампермет-
ра, двух амперметров и одного вольтметра, электрически длинной
линии и др. Рассмотрим первый метод как исходный для всех осталь-
ных и вторые два как наиболее практически простые.
Методом холостого-хода и к о ротко го за мы-
кан ия измерения проводят в следующем порядке. На питающем
конце рельсовой цепи включают амперметр, вольтметр и фазометр
(рис. 302, а). Затем релейный конец размыкают и записывают зафик-
сированные приборами значения напряжения't/xx> тока /хх и фазовый
угол фхх. После этого релейный конец цепи закорачивают шунтом ма-
лого сопротивления (порядка тысячных долей ома) и записывают из-
меренные значения напряжения UK3, тока /К8 и фазового угла <ркз.
По данным измерений вычисляют входные сопротивления, именуе-
мые сопротивлениями холостого хода Zxx и короткого замыкания
Z,l3, коэффициенты а, 0 , волновое сопротивление, ZB, коэффициент
распространения волны у и угол сопротивления рельсов ф, пользуясь
формулами:
ZI(3 = = е'4’"3'. 2В = VZ^ ZK8;
ПО 1/1 ' D ' XX по ’
I * ка । х
о i/T? ГТу—1 Ф“3 фхх
2 у | Zxx | | ZK3 | cos
— a rc th-----------------------------
2/ |ZXXI + |ZK3|
p = -^- arctg
2 Г I Zxx 11 ZKa | cos
фка— Фхх
2
I 2Xx I —I ^ка I
y + a-r/0; ly| =]Лх24-р2; ф = фхх+фка.
Имея значения вторичных параметров, рассчитывают первичные
параметры на основании выражений (133) и (134).
В сухую погоду летом и при морозе зимой, когда сопротивление
балласта велико, для измерения методом холостого хода и короткого
замыкания приборы включают по схеме на рис. 302, б.
При измерении сопротивления рельсовой цепи в режимах холос-
того хода и короткого замыкания в схему включают только вольтметр
и амперметр, а фазометр выключают. На время измерения фазовых
углов фхх и Фкэ в указанных режимах в измерительной схеме остав-
ляют включенным фазометр и амперметр, а вольтметр выключают.
Метод двух вольтметров и одного ампер-
метра заключается в следующем. В режиме холостого хода
(рис. 303, о) измеряют: вольтметром VI напряжение (/хх на питаю-
365
Рис. 302. Схемы измерения пара-
метров рельсовой цепи перемен-
ного тока методом холостого хо-
да и короткого замыкания
щем конце, вольтметром V2 напряже-
ние Uг на релейном конце и ампер-
метром А1 ток холостого хода /хх.
Затем в режиме короткого замыкания,
выполненного на релейном конце, из-
меряют вольтметром VI и ампермет-
ром А1 напряжение U кг и ток /кз По
данным измерения вычисляют вход-
ные сопротивления Zxx, ZK3, а так-
же коэффициенты а и Р, пользуясь
формулами:
Имея эти данные, определяют модуль волнового сопротивления
I I = V |ZXX| • |ZK3| и далее по формулам (134) — модули удель-
ных сопротивлений рельсов и балласта. При необходимости находят
>гол сопротивления рельсов <р = 2 arctg
Метод двух амперметров и одного вольт-
метра подобен предыдущему методу Сначала в режиме хо-
лостого хода амперметром А1 (рис. 303, б) и вольтметром VI измеряют
ток Iхх и напряжение UАмперметр А2 при этом измерении необ-
ходимо отключить
Затем в режиме короткого замыкания амперметром А1 и вольтмет-
ром VI измеряют ток /кз и напряжение Uкз в начале редьсовой цепи,
а амперметром А2 — ток /2 на релейном конце рельсовой цепи. По
данным измерения, пользуясь приведенными
выше формулами, определяют значения Zxx и
Zl)3. Коэффициенты сир вычисляют по сле-
дующим формулам:
ch2a/ = -^-fl л- 121^ IV
Ч \ I Zxx I/
Рис. 303. Схема из-
мерения рельсовых
цепей
cos 20/= —
ч
Теперь можно определить остальные парамет-
ры порядком, рассмотренным ранее.
При измерении методом двух вольтметров
и одного амперметра и методом двух ампермет-
ров и одного вольтметра желательно показания
приборов на обоих концах рельсовой цепи ре-
гистрировать одновременно. Кроме того, необ-
366
ходимо подобрать вольтметр V2 в относительно большим сопротивле-
нием и амперметр А2 с малым сопротивлением так, чтобы вольтметр
при разомкнутой цепи не создавал добавочной утечки, а амперметр
при замкнутой цепи не вносил заметное добавочное сопротивление.
Рекомендуют в качестве приборов V2 и А2 использовать приборы
термоэлектрической системы, которые потребляют сравнительно не-
значительный ток.
Чтобы результаты измерения в режимах холостого хода и корот-
кого замыкания относились к определенному состоянию рельсовой
цепи, измерения в обоих режимах необходимо проводить в одном ин-
тервале между поездами, так как после прохода поезда состояние рель-
совой цепи может измениться.
Во избежание искажения результатов измерения рельсовой це-
пи тяговым гоком и его гармониками на электрифицированном участ-
ке па время измерений отключают дроссель-трансформаторы или тя-
говые перемычки, если рельсовая цепь однониточная. При этом не-
обходимо соблюдать следующий порядок работы. Вначале обеспе-
чивают перемычками обход тяговому току по соседним электрифици-
рованным путям и лишь потом отключают дроссели или тяговые пе-
ремычки измеряемой цепи. При электротяге переменного тока на вре-
мя измерений отключают и напряжение в контактном проводе.
§ 183. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ
ПОСТОЯННОГО ТОКА
Метод холостого хода и короткого замы-
кания применяют и для измерений параметров рельсовых цепей
постоянного тока, пользуясь при этом схемами, представленными на
рис. 304
Этот метод позволяет определять сопротивление балласта всей
рельсовой цепи и его удельное сопротивление гб:
7s-;
'XX
а электрическое сопротивление рельсов и их удельное сопротивление
по формулам:
О ~D - Uk* г = -
Кр ~ Ккз— , ’ rP , •
'ка
Рекомендуют измерения в
режиме короткого замыкания
проводить при значении напря-
жения U,ia около 1 В, регулируя
его путевым реостатом /?0. Со-
противление шунта должно быть
порядка тысячных долей ома
Наиболее точные результаты
измерений рассмотренный метод
Рис. 30т. Схемы измерения параметров
рельсовой цепи постоянного тока мето-
дом холостого ход* к короткого «гмы-
кания
ЗЬ7
Рис. 305. Схема
измерения пара-
метров рельсовой
цепи без отклю-
чения путевого
реле
обеспечивает при коротких рельсовых цепях, у ко-
торых /?хх » /?К8.
Метод измерения параметров
без отключения путевого реле
вытекает непосредственно из основных уравнений
четырехполюсника (135), в которых следует лишь
заменить ZB на RB, поскольку при постоянном
токе волновое сопротивление носит активный ха-
рактер.
Измерив токи и напряжения в начале и конце
рельсовой цепи (рис. 305), вычисляют вторичные
и первичные параметры по формулам:
ch yl = —i—!—!—y = — arcch ——--------
WiA-WrA I UiM-Utk
d __ — O'2 ch ft . _n ____ RB
гс» V» •
/s /ch2 yl — ) V
Если в схеме на рис. 305 применить специальный отградуирован-
ный реостат Ru, тогда токи можно определить косвенным порядком:
Л = UJR,,- 1г = Ut/Rup
где и0 — напряжение, измеренное на включенной части реостата;
Rup — сопротивление путевого реле.
§ 184. ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ
В ИМПУЛЬСНЫХ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЯХ
Измерить напряжение кратковременных импульсов тока непо-
средственно подключением вольтметра к рельсовой цепи невозможно
вследствие инерционности его подвижной системы Поэтому напря-
жение в импульсных цепях измеряют при помощи различных прибо-
ров и приставок. Схема одного из приборов, позволяющего измерять
амплитудное значение напряжения импульса постоянного тока без
нарушения работы рельсовой цепи, приведена на рис. 306, где приняты
Рис. 306. Схема прибора
для измерения напряжения
в импульсных рельсовых
цепях
следующие обозначения: А—реле КДР-1
с замедлением на притяжение якоря 0,05 с;
В — реле КДР-ЗМ в замедлением отпа-
дания якоря 0,15 с; Б — батарея, напря-
жение которой должно немного превышать
измеряемое напряжение импульса; R —
реостат с переменным еопротивление.м до
100 Ом, выполняющий роль делителя на-
пряжения, и V — вольтметр магнитоэлек-
трической системы со шкалой 3 В.
Работой прибора управляют контакты
реле /7, если прибор включен на релейном
конце, или контакты реле Т, когда изме-
рения проводят на питающем конце. Реле
368
Рис. 307. Схема приставки к
вольтметру для измерения им-
пульсного напряжения в рельсо-
вой цепи
А после замыкания его цепи контакта-
ми /7(Т) благодаря замедлению под-
ключают вольтметр к выходным зажи-
мам 1-2 уже после того, когда измеряе-
мое напряжение импульса достигнет
максимального значения. Одновре-
менно реле А лишает питания релеВ,
вследствие чего по истечении времени
0,15 е реле В переключает вольтметр
на измерение напряжения 1)л. Поль-
зуясь делителем напряжения, доби-
ваются равенства U„=U&> при кото-
ром стрелка вольтметра будет находиться неподвижно на делении
шкалы, соответствующем значению Ua.
Для измерения напряжения в импульсных рельсовых цепях пере-
менного тока можно использовать приставку к вольтметру, собранную
по схеме, показанной на рис. 307. Как видно из схемы, в интервале
времени, в течение которого рельсовая цепь находится под напряже-
нием, конденсатор через выпрямительный мостик заряжается, а в ин-
тервалах между импульсами — через резистор R2 и вольтметр раз-
ряжается.
Сопротивление резисторов RI и R2 подбирают с таким расчетом,
чтобы ток разряда конденсатора был меньше тока заряда При этих
условиях за время 15—20 с напряжение на конденсаторе возрастает
до некоторого уровня, зависящего от напряжения на рельсовой цепи.
Вольтметр в приставкой предварительно необходимо отградуировать.
§ 185. СПОСОБЫ ПРОВЕРКИ ИСПРАВНОСТИ
. ИЗОЛЯЦИИ СТЫКОВ
Исправность изоляции стыка можно проверять вольтметром или
амперметром. Для проверки способом, показанным на рис. 308, и.
применяют вольтметр со шкалой 3 В. Если под действием источников
питания смежных цепей стрелка отклонится на небольшой угол,
стык исправен, если не отклонится — стык неисправен. Если же
после проверки стык окажется исправным, необходимо проверить
правильность чередования полярности (фаз) питающих источников.
В проверочной схеме по
рио. 308, б применены ампер-
метр со шкалой 5 А, реостат
14 Ом, и аккумулятор. Предва-
рительно замкнув концы про-
водов а и б, устанавливают рео-
статом ток 1 А. Затем их присое-
диняют к рельсам. Отклонение
стрелки амперметра на 0,65 А и
более свидетельствует о неис-
правности изоляции стыка,
Рис. 308. Схемы проверки исправности
изоляции стыков
369
Рис. 309. Схема проверки изоляции стыков в разветв-
ленной рельсовой цепи милливольт метром
Рис. 310. Схема ин-
дикатора для провер-
ки изоляции стыков в
разветвленной рель-
совой цепи
По схеме, представленной на рис. 308, /?, проверку ведут в сле-
дующем порядке. Запомнив показания вольтметра при отсутствии пере-
мычек на стыках, показанных пунктиром, закорачивают рельсовую
цепь перемычкой П. При неисправной изоляции обоих стыков вольт-
метр изменит показание, если исправен хотя бы один стык, показание
вольтметра не изменится. Сняв перемычку /7, замыкают стык /. В
случае неисправности изоляции стыка 2 вольтметр изменит показание,
а при исправной изоляции показание вольтметра останется прежним.
Исправность стыка / проверяют замыканием стыка 2.
Состояние изоляции стыков в разветвленной рельсовой цепи на
элементах, нормально не обтекаемых током, удобно проводить с по-
мощью милливольтметра, как показано на рис. 309. При исправной
изоляции стрелка прибора остается на нуле, при неисправной зафик-
сирует падение напряжения, воздаваемое появившимся током.
В разветвленной рельсовой цепи переменного тока для проверки
изоляции стыков вместо милливольтметра удобно применять индук-
ционную катушку (рив. 310). Если изоляция нормально необтекае-
мого элемента цепи повреждена, то по элементу будет проходить ток,
который наведет в катушке электродвижущую силу, вследствие чего
стрелка милливольтметра отклонится. Для повышения чувствитель-
ности прибора полезно применить усилитель У на триодах. Вместо
милливольтметра иногда применяют телефон.
§ 186. ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ
СТЫКОВ РЕЛЬСОВ И СОПРОТИВЛЕНИЯ БАЛЛАСТА
Удельное сопротивление рельсовой цепи при эксплуатируемом
типе рельсов может изменяться только вследствие изменения переход-
ного сопротивления стыковых соединителей или графитовой «мазки.
Периодическая проверка сопротивления стыков с помощью стыкоиз-
мерителей позволяет своевременно выявлять неисправные стыки.
Имеется несколько типов стыкоизмерительных приборов. При
различном схемном решении в основу их действия положен метод срав-
нения напряжения на известном сопротивлении и на сопротивлении
370
стыка. Рассмотрим упрощенные схемы приборов, приведенные на
рис. 311.
В варианте а рисунка известным сопротивлением является
калиброванный резистор R. Подключая переключателем П гальвано-
метр Гв поочередно к резистору и стыку и перемещая ползунок на
резисторе, добиваются неизменного положения стрелки на шкале галь-
ванометра в обоих положениях переключателя. Усложнив схему до-
полнительными сопротивлениями для регулировки режима, можно
показания прибора отградуировать в омах. В схеме на рис. 311, б из-
вестным сопротивлением является отрезок целого рельса длиной /(,
с которым сравнивается сопротивление отрезка /2. Питание схемы
осуществляется или от аккумулятора Б или тяговым током, проте-
кающим по рельсу.
Резисторы R1 и R2 предназначены для регулировки режима ра-
боты прибора.
На рис. 312 показана схема прибора ИСБ-1, позволяющего про-
изводить измерение удельного сопротивления балласта без нарушения
действия рельсовой цепи. В основу построения прибора положено выве-
денное из формул (133) равенство: Z6=Zn/Z(r Как известно, для опреде-
ленного типа рельсов и заданной частоты величина Zp постоянна. Ее
значение можно взять из справочника Измерение прибором ИСБ-1
осуществляется током частотой 5 кГц, при которой отрезок рельсовой
цепи 1004-150 м является электрически длинной линией. Если изме-
рение производить в точках, удаленных от обоих концов цепи на
указанное или большее расстояние, го измеренное входное сопротив-
ление будет равно половине волнового.
Рассмотренные обстоятельства дают возможность измерение вол-
нового сопротивления ZB заменить измерением входного и отградуи-
ровать прибор непосредственно в значениях удельного сопротивле-
ния балласта. z
В приборе имеется генератор на триоде Т1, настроенный на час-
тоту 5 кГц, усилитель мощности на триодах Т2 и ТЗ и собственно из-
меритель, в состав которого входит фильтр (С4 и Др), настроенный
Рис. 311. Принципиальные схемы приборов для измерения сопротивления
неизолированного стыка
371
Рис. 312. Схема измерителя сопротивления балласта типа ИСБ1
па частоту измерения 5 кГц, трансформатор ТрЗ и индилатор напря-
жения И. Фильтр исключает попадание токов с рельсовой цели в при-
бор, а также не допускает закорачивания рельсовой цепи прибором,
поскольку для измерения прибор подключается к цепи параллель-
но. С этой же целью включен конденсатор С5.
При постоянстве э. д. с. вторичной обмотки трансформатора Тр2
напряжение на выходе прибора, подключаемого к рельсовой цепи
кнопкой КЗ, зависит от сопротивления нагрузки, в данном случае ог
волнового сопротивления. Поэтому по значению напряжения, фик-
сируемого индикатором И, можно судить о величине волнового соп-
ротивления.
Переход от показаний индикатора к конкретному значению удель-
ного сопротивления балласта совершают в помощью градуировочных
Таблиц, придаваемых к прибору.
Перед началом измерений показания индикатора калибруют, на-
гружая измеритель, пользуясь тумблером К4, резисторами R10 и
RI1, имеющими сопротивление 10 и I Ом, соответственно регулируя
одновременно выходной уровень резисторами R13 и R14.
Для получения даннв!Х о значении модуля удельного сопротив-
ления балласта гб, более близких к действительности, измерения при-
бором проводят в нескольких точках, а затем по результатам измере-
ний (гб1, гб2,гбп) определяют усредненное значение искомой ве-
личины
п
051 г&> гПп
где п — число измерений, проведенных через каждые 200—300 м
рельсовой цепи.
372
§ 187. АВТОМАТИЗАЦИЯ ИЗМЕРЕНИЙ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ
С целью облегчения и ускорения измерений, проводимых перио-
дически, для контроля состояния кодовых рельсовых цепей автобло-
кировки и автоматической локомотивной сигнализации непрерыв-
ного действия (АЛСН), на дорогах имеются вагоны-лаборатории,
оборудованные специальной аппаратурой. Для примера рассмотрим
показанную на рис. 313 структурную схему контрольно-измеритель-
ного комплекса «Колос».
Аппаратура, входящая в этот комплекс, обеспечивает: автомати-
ческую регистрацию силы тока АЛСН в рельсовой цепи на релейном
конце и в точках предварительно заданных программой, измерение
длительности первого кодового импульса и первого интервала, оп-
ределение количества шпал с пониженным сопротивлением па кон-
кретном отрезке пути й выявление изолирующих стыков в резкой по-
вышенной проводимостью. Сведения, относящиеся к названным изме-
рениям, регистрируются условным кодом на бумажной ленте цифро-
печатающей машины. На этой же ленте автоматически отмечается но-
мер светофора для привязки данных измерений к определенной рель-
совой цепи. При необходимости приборы можно переключить на из-
мерение длительности любого элемента кода в каждом цикле. В комп-
лексе имеются осциллограф для наблюдения формы кодовых сигналов
и устройства, определяющие наличие помех, превышающих допусти-
мый уровень.
В рабочем режиме вагон-лаборатория следует в голове поезда не-
посредственно за локомотивом. Такое расположение позволяет под-
ключить комплекс приборов гибким кабелем к передним катушкам
локомотива. Это подключение не отражается на работе локомотивных
Рис. 313. Структурная схема контрольно-измерительного комплекса «Колос*
вагона-лаборатории
устройств АЛСН благодаря тому, что согласующий усилитель вход-
ного устройства ВУ имеет высокоомный вход.
В общем ящике ОД размещен контрольный комплект приборов
АЛСН. Через общий ящик кодовые сигналы поступают к распреде-
лителю импульсов и интервалов РИИ, на вход измерительного, усили-
теля ИУ и на вход сигнализатора помех СП. Блок РИИ воздейству-
ет на блок временных параметров Б ВП, посредством которого осу-
ществляетсяш регистрация длительности импульсов и интервалов циф-
ропечатающей машины ЦПМ. Кроме того, блок РИИ включает циф-
ровой вольтметр ЦВ в момент, соответствующий середине импульса.
Показания этого вольтметра удерживаются до поступления первого
импульса следующего цикла и передаются в блок ЦПМ, где данные
печатаются на ленте. Сигнализатор помех подает сигнал только в
случаях, когда помеха превышает допускаемый уровень. Для наблю-
дения формы сигналов осциллограф ОС подключается в точке 0 на
выходе фильтра ФЛ или в точке 0 блока СП. Регистрация изолирую-
щих стыков и контроль их состояния осуществляются посредством
блока РИС, а регистрация шпал пониженного сопротивления ведется
с помощью блока РЩПС. Пройденное расстояние измеряется датчиком
оборотов колеса ДОК. и регистрируется посредством блока отметок
расстояния Б ОР цифропечатающей машины.
Для связи блока РИС с рельсовой цепью под вагоном над рель-
сами укреплены индукторы И1, И2, ИЗ и И4 (рис. 314). Генератор
Г посредством индукторов И1 и И2 наводит в рельсах токи /t и /2
частотой 10 кГц. Эти токи, замыкаясь через колесные пары и кузов
вагона, наводят э. д. с. в индукторах ИЗ и И4. При прохождении ва-
гона через исправные изолирующие стыки ток в рельсах уменьшается,
поэтому значение индуктированной в катушках ИЗ и И4 э. д. с. то-
же уменьшается. Если в каком-либо изолированном стыке имеется
короткое замыкание или понижена изоляция, то ток в рельсе и э. д. с
в соответствующем индукторе останутся неизменными или изменятся
незначительно. Колебания э. д. с., выходящие за пределы среднего
уровня, являются источником информации для блока РИС о состоя-
нии изолирующего стыка. Блок РИС полученную информацию направ-
ляет в цифропечатающую ма-
шину для нанесения на ленте
Рис. 314. Структурная схема регист-
рации состояния изолирующих сты-
ков
соответствующей отметки. Из
сказанного ясно, что блок РИС
регистрирует и неизолирован-
ные стыки, имеющие повышен-
ное сопротивление.
Для выявления шпал с по-
ниженным сопротивлением ин-
дукторы включают по схеме, по-
казанной на рис. 315. Такой схе-
мой между рельсами поддержи-
вается напряжение 1 В, под
действием которого через каж-
дую шпалу проходит ток утечки
Д/ = /i — /а. Чем больше раз-
ница Д/, тем больше разница меж-
ду э. д. с. наводимых токами и
72 в приемных катушках ПК1 и
ПК2, связанных с приемным уст-
ройством ПУ. Если эта разница
превышает допустимую норму, то
ПУ через блок РШПС посылает
сигнал в печатающее устройство
для регистрации наличия непри-
годной шпалы.
Применением тока с повышен-
ной частотой 10 кГц исключается
На рис 313
Рис. 315. Структурная схема регист-
рации шпал с пониженным сопротив-
лением
влияние контрольно-измерительного комплекса на работу рельсовой
цепи. Привязка сведений, печатаемых на. ленте, к определенному уча-
стку пути осуществляется блоками БОР и ДОЛ. Пройденное расстоя-
ние определяется произведением S = ndn, где d — диаметр, an —
число оборотов колеса. х
§ 188. РЕГУЛИРОВКА И ПРОФИЛАКТИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ
РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ
Безотказное действие рельсовых цепей обеспечивается соблюде-
нием требований Инструкции по техническому содержанию устройств;
сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ), утвержденной.
Главным управлением сигнализации и связи МПС. Инструкцией оп-
ределена периодичность измерений и регулировки рельсовых це-
пей, а также сроки профилактического осмотра их отдельных эле-
ментов.
О состоянии рельсовой цепи прежде всего судят по степени от-
клонения напряжения на релейном конце от норм, указанных в упо-
мянутой инструкции. Они зависят от длины цепи, погоды, вида тя-
ги, рода и частоты тока.
Регулировку напряжения производят изменением сопротивления
реостата, а в цепях переменного тока — и переключением секций пу-
тевого трансформатора. Способ регулировки для рельсовых цепей раз-
личного типа регламентируется указаниями в нормалях применитель-
но к схемам рельсовых цепей.
При регулировке рельсовых цепей следует строго придерживаться
указаний, приведенных в нормалях, и указаний инструкций.
Особенно строго нужно следить, чтобы постоянная часть ограничи-
вающего сопротивления не была меньше значений, предусмотренных
названными документами. Нарушение этого требования вызывает
опасное снижение чувствительности рельсовой цепи.
Данные периодических измерений в установленные сроки и данные
измерений, проведенных вне сроков при резких изменениях атмосфер-
ных условий (например, переход от сырой погоды к морозу), заносят
в специальный журнал. На основании анализа этих записей за дли-
ЗУД
тельное время выносят заключение о степени надежности рельсовой
цепи. При необходимости для выявления причин, вызвавших ухуд-
шение ее работы, сначала осматривают стыковые соединители, джем-
перы, балласт, изолирующие стыки, устраняют обнаруженные недо-
статки и, если потребуется, измеряют переходное сопротивление сты-
ков, изоляцию стыков, изоляцию балласта и сопротивление рельсов.
Состояние стыковых соединителей и балласта можно проверить
при помощи вольтметра, измеряя напряжение между рельсами в кон-
це каждого звена. При исправных стыковых соединителях и удовлет-
ворительном состоянии балласта напряжение будет плавно изменять-
ся (см. рис. 301). Резкое изменение напряжения свидетельствует о на-
личии повышенного переходного сопротивлением стыка или ухудше-
нии изоляции балласта (шпал) на данном звене.
Важной операцией, определяющей надежность работы рельсовой
цепи, является проверка ее шунтовой чувствительности путем нало-
жения на рельсы испытательного шунта сопротивлением 0,06 Ом. При
этом якорь или сектор путевого реле должен четко опускаться.
В однониточных рельсовых цепях, соединенных между собой тяго-
выми перемычками, возможна потеря шунтовой чувствительности
при занятом пути вследствие подпитки путевого реле одной цепи от
источника питания другой однониточной цепи, имеющей повышенное
сопротивление рельсовых нитей. Обрыв стыковых соединителей на
необтекаемых участках разветвленных рельсовых цепей тоже может
вызвать потерю шунтовой чувствительности. Поэтому шунтовую чув-
ствительность и однониточных и разветвленных рельсовых цепей про-
веряют более часто, нежели двухниточных.
Для определения исправности защитных и путевых фильтров из-
меряют соответствие паспортным данным тока и напряжения задан-
ной частоты на выходе фильтра при заданных их величинах на входе
фильтра или соответствие параметров конденсаторов, резисторов,
дросселей и отдельных звеньев техническим условиям.
Глава 31
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
ХАРАКТЕРИСТИК РЕЛЕ И ЭЛЕКТРОСИЛОВОГО
ОБОРУДОВАНИЯ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ
§ 189. ПРОВЕРКА НАПРЯЖЕНИЯ ИЛИ ТОКА ПОДЪЕМА
И ОТПАДАНИЯ НЕЙТРАЛЬНОГО ЯКОРЯ РЕЛЕ
Надежность действия устройств автоматики и телемеханики опре-
деляется степенью надежности каждого их элемента. Основой этих
устройств являются реле, естественно, что безотказность их работы
имеет важное значение. Поэтому, чтобы установить соответствие ха-
рактеристик реле утвержденным нормам, их подвергают периодичес-
376
Рис. 316. Схема провер-
ки реле на подъем и от-
падание якоря
кой проверке в сроки, определяемые слож-
ностью их конструкции, назначением и ре-
жимом работы.
К нормируемым характеристикам относят-
ся: напряжение или ток прямого и полного
подъема (притяжения) нейтрального якоря, то
же его отпадания, напряжение переброса
поляризованного якоря, временное парамет-
ры, переходное сопротивление контактов,
сопротивление катушек и прочность их изоля-
ции, а также фазовые характеристики.
С целью ускорения проверочного процес-
са изготовляют испытательные стенды, в ко-
торых замонтированы необходимые измери-
тельные приборы, штепсельные гнезда для
подключения реле и переключатели для осу-
ществления перехода от одной измерительной схемы к другой.
Прямым подъемом (притяжением) нейтрального якоря
называют его перемещение, в конце которого прднсходит соприкосно
вение подвижного контакта с фронтовым, а полным подъемом
(притяжением) называют перемещение якоря до упора," когда между
замкнувшимися контактами обеспечивается необходимое контактное
нажатие.
Действие высокоомного реле по перемещению нейтрального якоря
характеризуется величиной напряжения, подведенного к катушке,
а низкоомного — силой тока в катушке.
Проверку рел'е ведут в следующем порядке. Переводом переключи
теля П1 в левое положение (рис. 316) катушки реле подключают к из-
мерительной схеме и реостатами R1 и R2 устанавливают напряжение
или ток соответственно паспортным данным, затем, постепенно умень-
шая напряжение, наблюдают, при каком значении контролируемого
параметра электрического тока разомкнутся фронтовые контакты .За-
фиксированные значения параметра принимают за величину, относя-
щуюся к отпаданию якоря. После этого, снизив напряжение до нуля,
обмотку реле от схемы отключают. Выждав 1 с, переключатель ГН
снова переводят в левое положение и, постепенно повышая напряжение,
фиксируют показание соответствующего прибора в моменты прямого и
полного подъема якоря.
Проверку повторяют при обратном направлении тока в обмотках
катушек испытуемого реле, устанавливая переключатель ГН в пра
вое положение.
Результаты проверки при разном направлении тока в катушках
е должны отличаться .более чем на 25%.
Проверку отпадания якоря необходимо начинать не с номиналь-
ного значения напряжения или тока, а с повышенного их зна-
чения.
Когда действие реле проверяют по току, а не по напряжению, пе-
реключатель П2 выключают.
13 Зак. 1970
377 -
§ 190. ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ ПЕРЕБРОСА
ПОЛЯРИЗОВАННОГО ЯКОРЯ
Для измерения параметров реле, относящихся к поляризованно-
му якорю, выполняют следующие операции. С помощью реостатов R1
и R2 (рис. 317) устанавливают на обмотках проверяемого реле Б на-
пряжение перегрузки согласно техническим условиям для проверяе-
мого типа, а затем плавно снижают его до нуля. Потом переключате-
Рис. 317. Схема провер-
ки напряжения перебро-
са поляризованного яко-
ря
лем П1 включают вспомогательное реле В,
которое своими контактами подготовляет
проверяемое реле Б к приему тока обратного
направления и, плавно повышая напряже-
ние, фиксируют значение его в момент пере-
броски поляризованного якоря. Далее, повы-
сив напряжение до требуемой величины пере-
грузки, вновь снижают его до нуля. После
этого, выключив выключатель П1, повторяют
проверку прежним порядком и определяют
напряжение переброса при прямой его поляр-
ности на обмотках реле.
Для некоторых типов реле ведут испытание
на самоудержание нейтрального якоря, для
чего на обмотках проверяемого реле устанав-
ливают номинальное напряжение согласно паспорту, затем много-
кратным включением и выключением выключателя П1 посредством
контактов реле В изменяют направление в обмотках реле Б В про-
цессе этого испытания нейтральный якорь не должен отпадать.
§ 191. ИЗМЕРЕНИЕ ВРЕМЕННЫХ ПАРАМЕТРОВ РЕЛЕ
Временные параметры реле измеряют электросекупдомером. Элек-
тросекундомер типа ПВ-52, включенный в измерительную схему, ве-
дет отсчет времени, когда по его обмотке протекает переменный ток
частотой 50 Гц, и останавливается, если цепь обмотки выключается
или шунтируется. В исходное положение стрелку секундомера при-
водят нажатием кнопки возврата.
Рис. 318. Схемы измерения временных параметров реле при подъеме
якоря
378
Время от момента замыкания
цепи реле до момента размыка-
ния тыловых контактов, время
от момента замыкания цепи реле
до момента замыкания фронто-
вых контактов и время с момен-
та размыкания тыловых и до
момента замыкания фронтовых
контактов (время перебрасыва-
ния) прибором ПВ-52 измеряют,
пользуясь соответственно схе-
мами, приведенными на рис. 318, Рис. 319. Схемы измерения временных
а, б, в. В каждом рассматривав- параметров реле при отпадании якоря
мом случае перед началом изме-
рения рубильником Р замыкают цепь питания реле и делителем на-
пряжения R устанавливают на зажимах катушки напряжение, ука-
занное в паспорте. После этого цепь реле рубильником выключают
и возвращают стрелку секундомера на нуль, так как при включен-
ном рубильнике секундомер кратковременно работал. Теперь после
повторного включения секундомер зарегистрирует время, относящееся
к измеряемой характеристике, поскольку напряжение на обмотках
реле соответствует требуемому режиму.
Время от момента размыкания цепи реле до момента размыкания
фронтовых контактов и время от момента размыкания цепи реле до
момента замыкания тыловых контактов прибором ПВ-52 измеряют,
пользуясь соответственно схемами, представленными на рис. 319. В
обоих случаях операции по измерению проводят в следующем поряд-
ке. Включив рубильник Р, устанавливают требуемое напряжение на
обмотках реле (секундомер при этом не работает, так как его обмотки
зашунтнрованы), потом рубильник выключают. С этого момента се-
кундомер ведет счет времени до тех пор, пока его цепь не будет разомк-
нута (см. рис. 319, а) или зашунтирована (см. рис. 319, б).
.Для проверки длительности импульсов и интервалов маятниковых
и кодовых трансмиттеров, кроме секундомеров, пользуются ондулято-
рами и осциллографами. Рекомендуется для применения осциллограф
типа С1-49 (см. § 169) с электронно-л ученой трубкой 8Л04И. Этот
осциллограф пригоден для транспортировки с целью производства из-
мерений в релейных шкафах и непосредственно в рельсовых цепях на
перегонах.
§ 192. ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ РЕЛЕ СЕКТОРНОГО ТИПА
Перед измерением характеристик секторных реле предварительно
производят регулировку контактного давления.
Основные характеристики путевого реле секторного типа опреде-
ляют, пользуясь схемой, приведенной на рис. 320, следующим поряд-
ком. Прежде всего при выключенных ключах КЗ и К4 и при вклю-
ченном рубильнике Р1 и ключе К2 на местном элементе МЭ устанав-
13*
379
ливают соответственно паспорту
напряжение 220 или 110 В
(пользуясь автотрансформато-
ром ЛАТРГ), контролируя его
вольтметром VI. Затем ампермет-
ром А1 и ваттметром W изме-
ряют силу тока и мощность,
потребляемые местным элемен-
том МЭ. После этого устанавли-
вают рубильник Р2 в правое по-
ложение и замыкают рубильник
Р4, а также ключ К1. Посред-
ством автотрансформатора
ЛАТРЗ плавно поднимают на-
пряжение на путевом элементе
ПЭ до величины, при которой
сектор, приподнявшись, обеспе-
чит начальное замыкание фрон-
товых контактов При помощи
фазорегулятора Фр устанавлива-
ние. 320. Схема проверки параметров ют соответственно паспорту угол
реле секторного типа _ сдвига фаз между напряжением
местной обмотки и током путе-
вой обмотки Показания приборов АЗ и V3 на данный момент запи-
сывают как значения измеренных величин, относящихся к прямому
подъему сектора. Продолжая повышать автотрансформатором ЛАТРЗ
напряжение на путевой обмотке до момента касания обжимки сектора
верхнего ролика, записывают показания приборов АЗ и V3 как зна-
чения, относящиеся к полному подъему сектора. Величину тока и
напряжения, при которых происходит отпадание сектора, проверяют,
снижая напряжение автотрансформатором ЛАТРЗ
Электрические характеристики линейных секторных реле прове-
ряют аналогичным порядком, подключая линейную обмотку ПЭ ру-
бильником Р2 к автотрансформатору ЛАТР2, подключенному к сети
рубильником РЗ.
§ 193. ПРОВЕРКА ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ
Рабочий режим выпрямителей характеризуется эффективной но-
минальной величиной напряжения первичной и вторичной обмоток
трансформатора, величиной выпрямленного напряжения и тока, ко-
эффициентом полезного действия, максимально допустимым обратным
током и допустимой величиной изменения выпрямленного тока для пре-
дельных значений температуры, при которой допускается работа вы-
прямителя.
Снятие характеристик выпрямителей, имеющих мостовую одно-
фазную схему и мостовую трехфазную схему, производят по схемам,
представленным на рис. 321 и 322. Поскольку для построения вольт-
380
Рис. 321. Схема проверки однофаз-
ного выпрямителя
Рис. 322. Схема проверки тр'ехфазного
выпрямителя.
амперных характеристик необходимо знать средние значения выпрям-
ленных напряжений и токов, приборы на упомянутых схемах, обо-
значенные буквами Ас и Ус, применяют магнитоэлектрической системы.
Для определения величины обратного тока отключают переменное
напряжение, а затем к точкам 2 и 3 подключают источник постоянного
тока, используя переменное сопротивление нагрузки Rn в качестве
делителя напряжения. При этом напряжение, измеряемое вольтмет-
ром Гс (точки /, 2) , должно быть равным номинальному напряжению
батарей, для зарядки которых рассчитан выпрямитель.
Определение значения обратного тока выпрямителей можно вести
без делителя напряжения, включая батарею непосредственно на за-
жимы / и 2. Напряжение батареи должно соответствовать испытатель-
ному напряжению. При измерении силы обратного тока обязательно
следует соблюдать полярность источника тока, указанную па схеме.
Значения обратного тока наиболее распространенных выпрямите-
лей колеблются в пределах 1—3% прямого тока. Для дачи заключе-
ния о пригодности выпрямителя следует сопоставлять результаты из-
мерения с паспортными данными прибора.
Сопротивление изоляции токоведущих частей выпрямителя по от-
ношению к стяжной шпильке определяют мегомметром, имеющим на-
пряжение 500 В, а испытание диэлектрической прочности изоляции
токоведущих частей по отношению к стяжной шпильке производят пе-
ременным током частотой 50 Гц. Мощность источника тока должна быть
не менее 0,5 кВ-А, а испытательное напряжение устанавливают со-
ответственно типу выпрямителя по техническим условиям.
Допустимую степень нагрева выпрямителя проверяют через 1 ч
работы в нормальном режиме. Измерение температуры производят
термопарой, которую помещают в средней части выпрямителя. Для
проверки рабочих характеристик при крайних значениях паспортно-
го испытательного температурного режима выпрямитель помещают в
камеру тепла и камеру холода.
§ 194. МЕТОДЫ ПРОВЕРКИ ТРАНСФОРМАТОРОВ
Номинальный режим работы трансформатора определяется его
мощностью, напряжением и токами обмоток, частотой рабочего тока,
а также условиями охлаждающей среды. Номинальные значения этих
величин устанавливает завод-изготовитель на основе расчетов и испы-
таний и указывает в паспорте.
381
Каждый выпускаемый заводом новый силовой трансформатор и
каждый трансформатор после капитального ремонта со сменой обмотки
подвергают контрольным (приемным) испытаниям по определенной
программе, в которую входят: проверка правильности соединения об-
моток, номинального напряжения и коэффициента трансформации;
испытание электрической прочности трансформаторного масла; изме-
рение сопротивления изоляции обмоток; испытание электрической
прочности изоляции повышенным напряжением; испытание изоляции
витков; измерение сопротивления обмоток постоянному току; опыт
холостого хода; измерение напряжения и определение потерь корот-
кого замыкания.
Трансформаторы, находящиеся в эксплуатации, подвергаются пе-
риодическим контрольным проверкам. Вновь разработанные типы
трансформаторов подвергаются так называемым типовым испытаниям,
в программу которых, кроме перечня, предусмотренного контрольными
испытаниями, включаются некоторые дополнительные проверочные
операции, в частности испытание на нагрев. Методика и нормы конт-
рольных, а также типовых испытаний устанавливаются инструкцией
за вода - и згото в ител я.
В трансформаторах после ремонта со сменой обмоток необходимо
точно определить начало и конец каждой обмотки. Для этого в первич-
ную обмотку (рис. 323, а) последовательно через ограничивающее
сопротивление R включают источник постоянного тока и параллельно
обмотке присоединяют вольтметр VI. Положительный полюс источ-
ника тока должен совпадать с выводом первичной обмотки, принятым
за начало (зажим HI). Второй вольтметр V2 присоединяют к проверяе-
мой вторичной обмотке. Вольтметры необходимо применять магнито-
электрической системы. Замыкая первичную цепь, следят за показа-
ниями обоих вольтметров: если их стрелки отклоняются в одну сторо-
ну, то началом вторичной обмотки считается вывод Н2, соединенный
с зажимом вольтметра, обозначенным знаком «-{-». При этом зажимы
К1 и К2 будут концами первичной и вторичной обмоток.
Правильность последовательного соединения секций первичных
и вторичных обмоток проверяют вольтметром (рис. 323, б) при вклю-
ченной первичной обмотке в сеть переменного тока: если обмотки сое-
динены верно, то общее напряжение на их крайних зажимах будет
равно сумме напряжений, измеренных на зажимах каждой секции от-
дельно.
Номинальное вторичное напряжение измеряют вольтметром V2
(см. рис. 323, б) при холостом ходе трансформатора, при этом на за-
Рис. 323. Определение начальных и конечных выводов обмоток
382' .......
жимах первичной обмотки с по-
мощью • делителя напряжения П
необходимо установить номиналь-
ное первичное напряжение, кото-
рое покажет вольтметр VI.
Коэффициент трансформации
определяется из соотношения па-'
пряжений первичной и вторичной
Дй
Рис. 324. Схема испытания электри-
ческой прочности изоляции обмоток
трансформатора
обмоток, измеренных в режиме холостого хода. Сопротивление изо-
ляции между обмотками и изоляции каждой обмотки по отноше-
нию к корпусу измеряют мегаомметром.
Испытание электрической прочности изоляции обмоток произво-
дят по схеме, изображенной на рис. 324, в которой АТ — автотранс-
форматор, необходимый для регулирования величины испытательного
напряжения; ПТ — повышающий трансформатор; ИТ — испыты-
ваемый трансформатор. V — вольтметр со шкалой, пересчитанной на
высшее напряжение трансформатора ПТ\ R — резистор, предназна-
ченный для ограничения тока в случае пробоя изоляции между обмот-
ками. Во избежание наведения высоких напряжений в случае пробоя
изоляции необходимо при измерениях сопротивления изоляции каж-
дую обмотку испытываемого трансформатора замкнуть накоротко. Ве-
личины испытательных напряжений указаны в паспортах трансфор-
маторов. Проверку диэлектрической прочности изоляции трансфор-
маторов малой мощности можно провести мегомметром.
Испытание изоляции витков производят повышенным напряжением,
подаваемым на входные зажимы трансформатора в режиме холостого
хода. До начала испытания и после испытания изоляции витков про-
изводят измерение сопротивления обмоток; наличие разницы в резуль-
татах измерения указывает на то, что изоляция между витками не вы-
держала испытательного напряжения.
Омическое сопротивление обмоток измеряют мостом постоянного
тока. Завышение сопротивления обмоток указывает на наличие пло-
хих паек и соединений, а занижение — на наличие короткого замы-
кания в витках. Так как обмотки трансформатора обладают большой
самоиндукцией, вызывающей значительные напряжения в моменты
включения и выключения тока, во избежание порчи приборов необхо-
димо сначала включать источник тока, а уже затем приборы. Выклю-
чение приборов и источников тока производят в обратном порядке.
Опытом холостого хода называется режим, в котором
к одной обмотке подведено номинальное напряжение с номинальной
частотой при разомкнутой второй обмотке (рис. 325, а). Ваттметр учи-
тывает общие потери в стали магнитопровода и в меди. Потери в меди
равны произведению Zo^i, где /0 — ток холостого хода в первой об-
мотке, a rt — активное сопротивление этой обмотки. В силовых транс-
форматорах средней и большой мощности сопротивление обмотки очень
незначительно, поэтому практически потери Ра в режиме холостого
хода, измеренные ваттметром, являются потерями в стали магнито-
провода. Превышение величины мощности потерь, учтенных ваттмет-
ром, и тока холостого хода, измеренного амперметром, сверх паспорт-
383
Рис. 325. Схемы проведения опытов холостого хода и ко-
роткого замыкания при проверке трансформатора
пых данных свидетельствует о неисправности магнитопровода. При
особенно точных измерениях необходимо учесть потери в приборах,
включенных параллельно.
Напряжением короткого замыкания называют напряжение, кото-
рое следует подвести к зажимам одной из обмоток, чтобы при замкну-
той накоротко второй обмотке в обмотках установились номинальные
токи. Обычно напряжение подводят к обмотке с большим числом вит-
ков, а накоротко замыкают обмотку с меньшим числом витков. Имею-
щиеся при этом потери в трансформаторе называются потерями корот-
кого замыкания. Измерение потерь в режиме короткого замыкания
осуществляют- по схеме, приведенной на рис. 325, б.
Мощность Рк, потребляемая в опыте короткого замыкания для
трансформаторов малой и средней мощности, расходуется в основном
на потери в обмотках. Для однофазного трансформатора эти потери
равны Рк — 1]гг + Р2гг, где Д и /2 — номинальные токи обмоток вы-
сокого и низкого напряжения, а и г2 — активные сопротивления
этих обмоток. С увеличением мощности трансформатора процент по-
терь уменьшается. Для точности измерений по схеме рис. 325, б необ-
ходимо учитывать потери в цепи вольтметра.Ток 12 рассчитывают по
току /t через коэффициент трансформации.
Для маломощных трансформаторов типа путевых и сигнальных
в паспорте нормируется только ток холостого хода.
Таким образом, данные опытов холостого хода и короткого замыка-
ния позволяют определить общие потери в трансформаторе и, кроме
того, его коэффициент полезного действия по формуле
______kS„ cos <p2___
*SH cos<p2 + P0 + к* Рк ’
где к — коэффициент нагрузки трансформатора, определяемый отно-
шением потребляемой полной мощности Su к номинальной полной мощ-
ности SH, выраженных в кВ-А; Ра и Рк — потери в стали и меди, кВт;
(р2 — угол сдвига фаз между током и напряжением во вторичной це-
пи, зависящий от характера нагрузки.
§ 195. ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ
АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕИ И МОНТАЖА
Измерение сопротивления изоляции стационарных аккумулятор-
ных батарей относительно «земли» производят методом вольтметра
(рис. 326). Для этой цели включают вольтметр с внутренним сопротив-
384
Рис. 326. Схема измерения
изоляции батареи относи-
тельно земли
Рис. 327. Схема измерения изоляции
монтажа
лением не менее 50 000 Ом сначала между положительным полюсом
батареи и «землей», а затем между отрицательным полюсом и «землей».
Обозначив показание вольтметра при первом измерении через а
при втором через 1/2, можно подсчитать сопротивление изоляции бата-
реи по формуле
"36)
где U — напряжение испытываемой батареи;
Rv — внутреннее сопротивление вольтметра, Ом.
При напряжении батареи до НО В сопротивление изоляции каж-
дой группы по отношению к «земле» должно составлять не менее
100 кОм, а при напряжении батареи до 220 В — не менее 200 кОм. Из-
мерения проводят при отключенной проводке на зарядо-разрядном
щите.
Измерение сопротивления изоляции монтажа можно произвести
вольтметром постоянного тока со шкалой до 150 В, включенным после-
довательно с батареей 100 АМЦГу, по схеме, указанной на рис. 327, а.
Вольтметр одним зажимом подключается к батарее, а другим — к об-
щему проводу измеряемой схемы (0МБ, МБ, МС и т. д.). Сделав от-
счет показаний вольтметра, меняют полярность батареи и делают вто-
рой отсчет. Сопротивление изоляции монтажа определяется по фор-
муле (136), в которой U принимают равным напряжению испытатель-
ной батареи.
Кроме проверки сопротивления изоляции монтажа относительно
«земли», производят также проверку изоляции схем между собой
(рис. 327, б) Для этого делаются аналогичные измерения, но только
вместо «земли» берется общий провод другой схемы.
Раздел III
ИЗМЕРЕНИЯ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
И ТЕЛЕИЗМЕРЕНИЯ
Глава 32
ИЗМЕРЕНИЕ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ
§ 196. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ИЗМЕРЕНИЯ
Электрические измерения неэлектрических величин — это обшир-
ный раздел электроизмерительной техники, который охватывает из-
мерения многих величин, характеризующих ход производственных
процессов в промышленности и на железнодорожном транспорте.
Широкое применение электрических методов для измерения не-
электрических величин (температуры, давления, скорости и т. д.) обус-
ловлено рядом достоинств, к числу которых относятся возможность
непрерывного измерения и регистрации измеряемой величины, высо-
кая чувствительность и точность измерения, измерение и управление
производственными процессами на расстоянии и т. д.
Приборы для измерения неэлектрических величин имеют устрой-
ства, преобразующие измеряемую неэлектрическую величину в элек-
трическую. Эти устройства называют измерительным преобразовате-
лем или датчиком.
Примером может служить прибор для измерения температуры
(рис. 328, а) и прибор для измерения давления воздуха (рис. 328, б).
В первом случае измерительным преобразователем является термопа-
ра, э. д. с. которой зависит от измеряемой температуры. Датчиком
прибора для измерения давления служит реостат R. Давление возду-
ха р подается на манометр М, мембрана которого соединена со щеткой
реостата R. При изменении давления меняется сопротивление реоста-
та, что приводит к изменению тока, протекающего через миллиампер-
метр.
Измерительные преобразователи (датчики) по принципу действия
подразделяются на две большие группы: параметрические и генера-
торные. В параметрических пре-
образователях измеряемая не-
электрическая величина преоб-
разуется в один из электриче-
ских параметров R,L,M или С.
Примером такого преобразовате-
ля является реостат в приборе
Рис. 328. Схемы электрических прибо- измерения давления (см.
ров рис. 328, б).
386
Параметрические преобразователи подраз-
деляются на реостатные, тензочувствительные, термочувствительные,
электролитические, индуктивные, емкостные, ионизационные и т. д.
Преобразователи, в которых неэлектрическая величина
преобразуется в э. д. с., называются генераторными. Генера-
торные преобразователи бывают индукционные, термоэлектрические
и пьезоэлектрические.
Ниже рассматриваются наиболее часто применяемые в промышлен-
ности и на железнодорожном транспорте измерительные преобразова-
тели и приборы.
§ 197 ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
Реостатные преобразователи. Реостатный пре-
образователь (рис. 329, а) представляет собой переменное сопротив-
ление из манганиновой проволоки, движок которого перемещается под
воздействием измеряемой пеэлектрической величины...
В качестве примера применения такого преобразователя может
служить прибор для измерения уровня или объема жидкости
(рис. 329, б). В резервуаре с жидкостью помещен поплавок, положение
которого зависит от объема или уровня жидкости. Изменение положе-
ния поплавка, который соединен через рычаг с движком преобразо-
вателя, вызывает изменение сопротивлений резисторов R1 и R2, вклю-
ченных последовательно с рамками магнитоэлектрического логометра.
При изменения сопротивлений меняется отношение токов в рамках
и угол их поворота. Поэтому положение стрелки прибора зависит от
уровня жидкости, что делает возможным проградуировать шкалу при-
бора в единицах уровня или объема.
Достоинством реостатных преобразователей является сравнитель-
но простая их конструкция и возможность получения значительного
выходного сигнала, а недостатком — наличие скользящего контакта,
необходимость относительно больших перемещений движка, а иног-
да — значительных усилий для его перемещения.
Преобразователи контактного сопротив-
лени я. Эти преобразователи в виде столбика из 10—15 угольных
Рис. 329. Реостатный преобразователь и преобразователь контактного сопро-
тивления
387
шайб (рис. 329, в), зажатых между двумя латунными дисками. При из-
менении силы сжатия меняется контактное переходное сопротивление
между шайбами, что приводит к изменению электрического сопротив-.
ления столба. По величине сопротивления судят о силе давления, дей-
ствующей на верхний стержень преобразователя. Подобный датчик
работает в маслопроводе на тепловозах в качестве электрического ди-,
станционного манометра. При изменении давления масла меняется
сопротивление столбика и, следовательно, показания магнитоэлект-
рического логометра, в цепь которого включен датчик.
Проволочные преобразователи (тензометры).
Тензометрами называются приборы для измерения малых деформаций
жестких тел. Проволочный преобразователь (тензодатчик) представ-
ляет собой листок бумаги с наклеенной на нее тонкой проволокой из
константана, нихрома или другого материала с большим удельным
сопротивлением и малым температурным коэффициентом сопротивления
(рис. 330). Преобразователь приклеивается на поверхность испытуе-
мой детали или конструкции и воспринимает ее деформации. При этом
изменяются размеры и удельное сопротивление материала и тензодат-
чика, который включают в мостовую измерительную схему. Исполь-
зуются эти преобразователи для измерения давления, моментов, силы
и т.д.
К достоинствам этих преобразователей следует отнести небольшую
массу и габариты, простоту и надежность конструкции. Недостаток —
их малая чувствительность.
Термочувствительные преобразователи.
Принцип действия термочувствительных преобразователей (термо-
сопротивления) основан на изменении электрического сопротивления
проводника или полупроводника в зависимости от температуры.
При прохождении тока через термосопротивление оно нагревается
до температуры, при которой наступает тепловое равновесие, когда
количество тепла, выделяющееся в сопротивлении за единицу времени,
равно количеству тепла, отводимого во внешнюю среду. Теплообмен
термосопротивления со средой происходит из-за теплопроводности как
среды, так и термосопротивления, а также излучения. Интенсивность
теплообмена, а следовательно, температура и термосопротивление за-
висят от свойств, температуры и скорости пере-
Рис. 330. Тензочув-
ствительный прово-
лочный преобразова-
тель
мещения среды относительно термосопротивле-
ния Это позволяет использовать его для изме-
рения температуры, состава газа, вакуума, ско-
рости движения воздуха и т. д.
Термочувствительные преобразователи делят-
ся на преобразователи без преднамеренного пе-
регрева и перегревные.
В. преобразователях без перегрева ток, про-
ходя через термосонротивление, не перегревает
его. Поэтому температура термосопрочявления, а
следовательно, его величина зависят лишь от
температуры внешней среды. Такие преобразова-
тели применяют для измерения температуры.
388
В перегревных преобразователях элек-
трический ток вызывает перегрев сопро-
тивления, и поэтому его установившаяся
температура зависит от теплообмена с
внешней средой, т е. ее плотности, скоро-
сти и состава Перегревные термосопротив-
ления используют для измерения скорости
газового потока, вакуума, состава газовых
смесей и т. д.
Наибольшее распространение получили
термосопротивления, выполненные из пла-
тиновой или медной проволоки. Они за-
ключены в защитный кожух для предохра-
нения от внешних механических поврежде-
ний. В платиновых термосопротивлениях
проволоку без изоляции наматывают на
каркас из слюдяных пластин, а в медных
применяется проволока, покрытая эмалью
или шелком, которая наматывается на
Рис. 331. Схема электриче-
ского термометра сопро-
тивления
каркас из пластмассы.
В последние годы для измерения температуры применяются полу-
проводниковые термосопротивления (типов ММТ и КМТ). Эти термо-
сопротивления обладают более высокой чувствительностью, так как
температурный коэффициент сопротивления у них в 10—15 раз боль-
ше, чем у платины и меди. Кроме того, они имеют малые размеры.
Однако недостатком полупроводниковых термосопротивлений явля-
ется сравнительно малый верхний температурный предел (+120° С
для ММТ и +300° С для КМТ).
На рис. 331 приведена упрощенная схема электрического термо-
метра сопротивления, который состоит из термопреобразователя /?т
и логометра магнитоэлектрической системы. Угол поворота подвиж-
ной части магнитоэлектрического логометра зависит от отношения то-
ков в рамках
а = (J37)
Токи:
/ U 1 U
Подставляя значения и /2 в уравнение (137), получим
о, □= f f \
В полученном уравнении все величины, кроме термосопротивления
/?т, постоянны. Поэтому угол поворота прибора зависит от термосоп-
ротивления, которое в свою очередь зависит от температуры, т. е.
а = /(/°).
889
Рис. 332. Схема электриче-
ского вакуумметра
вакуума в его корпусе. Для коптро.г
Электрические термометры
сопротивления широко приме-
няются для дистанционного
контроля температуры обмоток
электрических машин Подоб-
ные приборы обеспечивают вы-
сокую степень точности измере-
ния температуры в пределах от
—200 до 4-650° С.
Надежная и бесперебойная
работа ртутного выпрямителя
возможна при наличии высокого
за состоянием вакуума и перио-
дического включения и отключения масляного форвакуумного насоса
служат приборы—электровакуумметры, в которых используются
термосопротивления.
На рис. 332 приведена схема электрического вакуумметра, основу
которого составляет измерительный мост. В одно из плеч моста вклю-
чен вакуумный зонд ВЗ (термосопротивление), который должен быть
установлен на фланце вакуумной трубки выпрямителя. При ухудше-
нии вакуума в корпусе ртутного выпрямителя условия теплообмена
улучшаются и понижается величина термосопротивления. Это вызы-
вает нарушение баланса моста и отклонение стрелки измерительного
прибора.
Индуктивные преобразователи. Работа индук-
тивных преобразователей основана на изменении коэффициента само-
или взаимоиндукции в зависимости от положения якоря магнитопро-
вода. На рис. 333, а показан индуктивный преобразователь, состоя-
щий из электромагнита /, обмотки 2 и подвижного якоря 3. Под дейст-
вием внешней! силы F изменяется длина воздушного зазора о и, сле-
довательно, магнитное сопротивление магнитопровода, что приводит
к изменению индуктивности обмотки и ее полного сопротивления Z.
Таким образом, по изменению сопротивления обмотки можно судить
о величине механической силы, действующей на якорь.
Широкое распространение получили индуктивные дифференциаль-
ные преобразователи. В датчике этого типа (рис. 333, б) перемещение
якоря вызывает увеличение индуктивности одной и уменьшение ин-
Рис. 333. Схемы индуктивных преобразователей
3»
Рис. 334. Емкостные преобразователи
дуктивности другой обмотки, что повышает чувствительность преоб-
разователя.
Индуктивные преобразователи применяются для измерения .меха-
нических величин: силы, давления, линейного перемещения л т. п.
Они просты по своей конструкции и надежны в работе, дают на выхо-
де сигнал значительной мощности, что позволяет в ряде случаев об-
ходиться без усилителя.
Примером применения дифференциального преобразователя мо-
жет служить индуктивный микрометр (рис. 333, в). Это неуравновешен-
ный мост, выходной сигнал которого подается на гальванометр. При
отклонении,размера детали от заданной величины меняется положение
якоря / преобразователя, а следовательно, индуктивность катушек,
что ведет к изменению показания прибора в диагонали моста. Подоб-
ный прибор предназначен для контроля линейных размеров деталей в
процессе их обработки. Его чувствительность около 5 мкА/мкм.
Емкостные преобразователи. Емкостный преобра-
зователь — это плоский или цилиндрический конденсатор, емкость
которого зависит от размеров пластин, их взаимного расположения и
диэлектрической проницаемости среды межДу ними.
Емкость плоского конденсатора
С _ 6д 8
d '
где еа — абсолютная диэлектрическая проницаемость среды между об-
кладками конденсатора;
s — площадь пластин (обкладок);
d — расстояние между обкладками.
Таким образом, емкостный преобразователь может быть построен
с использованием зависимостей:
С = f (еа); С = f (s); С = f (d).
На рис. 334, а схематически показан принцип, работы емкостного
преобразователя для измерения давления. Емкостный преобразова-
тель для измерения толщины ленты из диэлектрика показан на
рис. 334, б. Испытываемая лента протягивается между двумя непод-
вижными электродами (обкладками) конденсатора. Диэлектриком яв-
ляются лента и воздушный зазор. При изменении толщины ленты изме-
няется воздушный зазор между пей и пластинами. Благодаря разным
391
величинам диэлектрической проницаемости ленты и воздуха будет из-
меняться емкость преобразователя.
Емкостные преобразователи применяются для измерения силы, дав-
ления, линейных размеров и содержания влаги (влагомеры). Емкост-
ный влагомер — это цилиндрический конденсатор, пространство меж-
ду электродами которого заполняется испытываемым материалом—
зерном, порошком, пряжей и т. д. Так как диэлектрическая проницае-
мость воды (е — 80) значительно больше проницаемости остальных
веществ, то ее содержание в испытываемом материале резко изменит
величину емкости преобразователя. Емкостные преобразователи обла-
дают сравнительно малой емкостью и на частоте 50 Гц их сопротивле-
ние велико. Поэтому измерения в цепях с емкостными преобразова-
телями производятся на повышенных частотах.
Ионизационные преобразователи. Работа иони-
зационных преобразователей основана на явлениях ионизации газа
при прохождении через него ионизирующего излучения или люминес-
ценции некоторых веществ под действием ионизирующего излучения.
В качестве ионизирующих компонентов применяют а-, р-, у-
лучи радиоактивных веществ; значительно реже — рентгеновское и
нейтронное излучение.
Ионизационными преобразователями являются ионизационные каме-
ры и ионизационные счетчики. Основное достоинство этих приборов—
. зможность безконтактных измерений, т. е измерений без непосред-
• 1 венного соприкосновения с измеряемой средой, что очень важно
при измерениях в агрессивных или взрывоопасных средах или средах,
находящихся под большим давлением или имеющих высокую темпе-
ратуру Основным недостатком этих приборов является необходи-
мость применения биологической защиты при достаточной активное!и
источника излучения.
Фотоэлектрические преобразова гели. Ос-
новным элементом этих преобразователей являются фотоэлементы или
фоторезисторы. Принцип работы фотоэлектрических преобразователей
основан па том, что световой поток, создаваемый вспомогательным ис-
точником, проходя через объект измерения, попадает в фотоэлемент.
Степень поглощения, а следовательно, интенсивность светового потока
зависит от измеряемого объекта. По величине фототока и судят о зна-
чении измеряемой величины. С помощью этих преобразователей изме-
ряют прозрачность или состав жидкостей и газов, линейные размеры
изделий, количество изделий и т. д.
§ 198. ГЕНЕРАТОРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
Индукционные преобразователи Принцип ра-
боты индукционных преобразователей основан на законе электромаг-
нитной индукции, согласно которому величина индуктированной э. д. с.
прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока
392
Рис. 335. Тахометры
В этих преобразователях неэлектрическая величина преобразу-
ется в индуктированную э. д. с., которая измеряется прибором.
Индукционные преобразователи применяются для измерения ско-
рости линейных или угловых перемещений. На рис. 335, а показано
устройство индукционного тахометра, основу которого составляет ма-
ломощный генератор с возбуждением от постоянного магнита. При вра-
щении ротора генератора, механически связанного с испытываемым
валом, в его обмотке индуктируется э д. с., которая измеряется вольт-
метром. Так как величина индуктированной э. д с. пропорциональна
скорости вращения ротора, то шкалу вольтметра градуируют непо-
средственно в единицах скорости и по отклонению стрелки вольтметра
определяют ее величину.
Другим типом индукционного преобразователя является тахометр
с вращающимся магнитным полем (рис. 335, б). Постоянный магнит
NS механически связан с испытываемым валом. При вращении этого
магнита в алюминиевом диске /, укрепленном на одной оси с указа-
тельной стрелкой 2, индуктируются вихревые токи. Они вступают во
взаимодействие с вращающимся магнитным полем, в результате чего
на диск действует вращающий момент, величина которого пропорцио-
нальна скорости вращения магнита, NS'
Вращающий момент уравновешивается противодействующим мо-
ментом пружины 3, и стрелка 2 отклоняется на угол, пропорциональ-
ный скорости вращения вала.
Термоэлектрические преобразователи. В
основу термоэлектрических преобразователей положен термоэлектри-
ческий эффект, возникающий в цепи термопары. Эти преобразователи
применяются для измерения температур до 18003 С. Конструктивно
они выполняются так, как показано на рис. 336. Непосредственно к
термоэлектродам подключаются удлинительные проводники 1, вы-
полненные из материалов, которые в контакте с термоэлектродами не
образуют термо-э д. с. Место соединения удлинительных и соедини-
тельных 2 проводников выносится на значительные расстояния от на-
Рис. 336. Схема гермоэлектрического преобразова-
теля
393
гретого рабочего спая. Чтобы погрешность от термо-э. д. с., возникаю-
щих в местах соединения проводов, была незначительной, эти места
должны находиться при постоянной температуре. Рабочий конец
термопары (место спая электродов) помещают в среду, температуру ко-
торой нужно определить. Величина термо-э. д. с. зависит от разности
температур между рабочими и свободными концами термопары.
Для изготовления термопар использую! специальные сплавы из
благородных и неблагородных металлов. Термопары из благородных
металлов применяют для измерения высоких температур, а также при
измерениях с повышенной точностью. В остальных случаях исполь-
зуют термопары из неблагородных металлов. Материалами для тер-
мопар служат: медь-константан (до +300° С), медь-копель (56% Си +
+ 44% Ni) - (до 600° С); хромель (90% Ni + 10% Си) - копель —
(до 800° С); платина-платинородий (6—30% родия) — (до 1600й С) и
т. д.
Для защиты термопар от внешних воздействий (давления, агрес-
сивных газов и механических повреждений) электроды, изолирован-
ные фарфоровыми бусами, помещают в защитную трубу из латуни, ста-
ли, фарфора или шамота.
Глава 33
ТЕЛЕИЗМЕРЕНИЯ
§ 199. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕЛЕИЗМЕРЕНИЯХ
При работе энергетических систем и тяговых подстанций с диспет-
черским управлением, управляемых подвижных объектов и т п. возни-
кает необходимость передачи информации о работе этих систем на зна-
чительные расстояния. Однако при. обычных методах измерений рас-
стояние от объекта измерения до измерительного прибора должно быть
не более сотни метров, так как сопротивление соединительных прово-
дов вносит значительные дополнительные погрешности. Поэтом)' воз-
никла область электроизмерительной техники — телеизмерения.
Телеизмерения — это измерение электрических и неэлек-
трических величин на расстоянии.
Характерной особенностью телеизмерений является преобразова-
ние измеряемой величины в другую, зависимую от нее величину, ко-
торая удобна для передачи по каналам радио или проводной связи.
При этом используют готовые воздушные или кабельные линии связи
и линии высокого напряжения.
Для контроля работы электрических станций и тяговых подстан-
ций необходимо производить измерение нескольких величин, харак-
теризующих работу этих, объектов. Ввиду относительно высокой стои-
мости линий связи применяют многократные телеизмерительные систе-
мы, которые обеспечивают одновременную или поочередную переда-
чу на диспетчерский пункт нескольких измеряемых величин.
394
Любая телеизмерительная система состоит из передающего уст
ройства с первичным измерительным прибором или датчиком, канала
связи и приемного устройства с показывающим или регистрирующим
прибором.
К телеизмерительным системам предъявляются следующие требо
вания: возможно меньшая дополнительная погрешность, вносимая ка
налом связи; относительная погрешность устройств телеизмерений,
применяемых в системах энергоснабжения электрифицированных же-
лезных дорог, должна быть не более ±3%; система телеизмерений
должна обладать возможностью суммирования токов нагрузок или
мощностей (например, суммирование токов выпрямительных агрега
тов одной или нескольких тяговых подстанций); возможность уплот
нения канала связи — многократность передачи.
§ 200. КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕЛЕИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
Телеизмерительные системы подразделяются на две основные груп-
пы: системы интенсивности и частотные и импульсные системы.
В системах интенсивности измеряемую величину
преобразуют в ток или напряжение, величина (интенсивность) которых
зависит от измеряемой величины. Поэтому эти системы подразделяют
в свою очередь па токовые системы и системы напряжения. Для пере
дачи информации по линиям связи применяют постоянный ток (не вы
ше 50 мА), величина которого не зависит от индуктивности и емкости
линии. Это позволяет применить также магнитоэлектрические приборы
высокой чувствительности и точности.
На рис. 337 показана одна из тяговых телеизмерительных систем
интенсивности Она применяется для телеизмерения силы переменно-
го тока. Ток /х, подлежащий измерению, трансформируется трансфор-
матором тока ТТ и выпрямляется двухполупериодным выпрямителем.
Для сглаживаний пульсаций выпрямленного напряжения включен
конденсатор С Погрешность от непостоянства параметров полупровод-
никовых вентилей Д/ и Д2 при изменении окружающей температуры
компенсируется включением в схему резистора R1 из медной проволо-
ки (20 кОм). При изменении температуры меняется одновременно соп-
ротивление вентилей и резистора RJ, а ток в линии остается неизмен-
ным. Чтобы ток в линии при изменении температуры окружающей сре-
ды был постоянным, включают резисторы R3, /?2(25 кОм), которые по
величине намного больше сопротивления проводов линии связи. Поэ-
395
тому изменение сопротивления пос-
ледней не будет влиять на показа-
ния миллиамперметра.
Тел еизм ер и тел ьн ы е устрой ства
интенсивности позволяют осущест-
влять телеизмерения на расстоянии
20—25 км при кабельных линиях
и не более 7—10 км при воздуш-
ных линиях связи, так как на ра-
боту последних влияют токи утеч-
ки, резко возрастающие в сырую
погоду. Поэтому телеизмеритель-
ные системы интенсивности яв-
ляются системами ближнего дей-
ствия.
В частотных системах телеизмерений пере-
дача информации осуществляется переменным током, частота (период)
которого зависит от измеряемой величины (рис. 338, а). Частотные
системы могут применяться при любых расстояниях, так как изменение
параметров линий связи не влияет на частоту передаваемых сигналов.
В импульсных системах телеизмерений, ко-
торые подразделяются на время-импульсные и частотно-импульсные,
передача информации производится импульсами тока с изменяющими-
ся параметрами. При время-импульсной системе в канал связи посыла-
ются импульсы, продолжительность которых зависит от значений из-
меряемой величины (рис. 338, 6). В частотно импульсной
системе переменным параметром является частота следования
импульсов (рис. 338, в).
Частотно-импульсные системы получили широкое распространение,
поскольку частота следования импульсов, так же как и частота пере-
менного тока, практически не искажается при передаче по каналу свя-
зи любого вида и дальности.
Особую группу телеизмерительных устройств, которые также от-
носятся к импульсным, составляют так называемые кодо-импульсные
системы, в которых значение измеряемой величины определяется шиф-
рованной комбинацией импульсов.
§ 201. ЧАСТОТНАЯ И ИМПУЛЬСНАЯ СИСТЕМЫ ТЕЛЕИЗМЕРЕНИЙ
В частотных системах при использовании проводного канала свя-
зи применяют переменный ток, изменяющийся от десятков до сотен
или нескольких тысяч герц. В передающих устройствах этих систем
используются ламповые или транзисторные RC- или £С-генераторы,
частота колебаний которых зависит от R, С или L-контура.
На рис. 339 приведена структурная схема телеизмерительной час-
тотной системы, в которой измеряемая величина X воспринимается
первичным измерительным прибором, подвижная часть которого свя-
зана с одним из элементов контура генератора, например соединена
396
Рис. 339. Структурная схема частотной системы теле-
измерений
в ротором конденсатора переменной емкости. При изменении X про-
порционально изменяется частота колебаний генератора fx. Усилен-
ные в передающем устройстве колебания передаются по каналу свя-
зи на вход приемного устройства системы, где они снова усиливаются.
Затем колебания поступают на вход частотомера.
В частотно-импульсных системах в каналы связи посылается до
5—14 импульсов в секунду. В качестве датчиков применяют различ-
ные электромеханические и элек-
тронные системы, например
электрические счетчики, ско-
рость вращения диска которых
пропорциональна мощности
цепи.
На рис. 340 приведена схема
телеизмерительной частотно-им-
пульсной системы с индукцион-
ным датчиком. Индукционный
датчик по своей конструкции
аналогичен счетчику электро-
энергии. На оси с диском укреп-
лен вращающийся прерыватель
П, который замыкает и размыка-
Рис. 340. Схема частотно-импульсной
системы телеизмерении с индукционным
датчиком
ет цепь Поэтому в линии возникают импульсы тока, частота следо-
вания которых зависит от скорости вращения диска.
В приемном устройстве эти импульсы воздействуют на реле, вызы-
вая переключение контакта, что приводит к заряду и разряду конден-
саторов С/ и С2. В зависимости от частоты следования импульсов изме-
няется величина зарядного тока, протекающего через рамку прибора
И Таким образом, показания прибора пропорциональны измеряемой
мощности. Для сглаживания пульсаций тока в схему включен транс-
форматор Тр.
§ 202. ПРИМЕНЕНИЕ УСТРОЙСТВ ТЕЛЕИЗМЕРЕНИИ
НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ
В системах энергоснабжения электрических железных дорог теле-
измерения используются для передачи с тяговых подстанций на дис-
петчерский пункт сведений о суммарной нагрузке выпрямитель-
ных агрегатов и напряжений в линиях, питающих тяговую под-
станцию.
397
Рис. 341. Схема мультивибратора,
применяемого в телеизмерительном
передающем устройстве
Рис. 342. Упрощенная схема прием-
ного телеизмерительного устройства
Величина нагрузки позволяет диспетчеру поддерживать оптималь-
ный режим в системе, а по уровню напряжения питающих линий он
судит о возможности включения их на параллельную работу.
На электрифицированных железных дорогах расстояние между
диспетчерскими пунктами и контролируемыми объектами больше 10—
25 км. Поэтому телеизмерительные системы интенсивности (системы
ближнего действия) на транспорте неприменимы. Здесь получили рас-
пространение частотно-импульсные системы телеизмерений, которые
являются системами дальнего действия и работают с каналом связи
любого вида.
В первых телеизмерительных устройствах, применявшихся на
транспорте, использовались индукционные датчики, рассмотренные
в § 201. Однако индукционные датчики вследствие наличия механи-
ческого токопрерывателя в настоящее время не применяются.
В телеизмерительном передающем устройстве, разработанном в
проектно-конструкторском бюро МПС, в качестве датчика импульсов
применяют мультивибратор, схема которого представлена на рис. 341.
Мультивибратор собран на двух плоскостных полупроводниковых
триодах Tl, Т2 и генерирует двусторонние прямоугольные импульсы,
частота следования которых пропорциональна входному напряжению.
Триод ТЗ является усилителем постоянного тока и работает в режиме
эмиттерного повторителя. Помимо источника Ек, питающего коллек-
тор триода, в схему включен дополнительный источник Ео, который
служит для того, чтобы мультивибратор на входе генерировал им-
пульсы а минимальной частотой, которую называют нулевой. Это
дает возможность различать случаи нулевого значения измеряемой
величинь! от случая повреждения в системе телеизмерений.
Приемное устройство, упрощенная схема которого показана на
рис. 342, питается от стабилизированного источника постоянного тока
398
UCT. В такт с принимаемыми по каналу связи импульсами замыкается
и размыкается ключ К, в качестве которого работает полупроводнико-
вый триод. При замыкании ключа К конденсатор С заряжается через
полупроводниковые диоды Д1, Д2, резистор R2 и миллиамперметр п.А
магнитоэлектрической системы (сплошная линия). При размыкании
ключа конденсатор С разряжается через диоды ДЗ, Д4, резистор R2,
миллиамперметр и резистор R1 (штриховая линия). Благодаря мосто-
вой диодной схеме направление тока через миллиамперметр останется
неизменным. При изменении частоты следования импульсов (частоты
переключений ключа К) величина среднего тока через прибор будет
меняться, а следовательно, будет пропорционально меняться и пока-
зание прибора. Как показали испытания данного телеизмерительного
устройства, его погрешность не превышает 1,5—2%.
В настоящее время в системах энергоснабжения электрифициро-
ванных железных дорог СССР начинают отказываться от применения
телеизмерений и идут по пути использования устройств телесигнализа-
ции об отклонении контролируемого параметра в ту или иную сторону
от нормы. В этих случаях диспетчер получает информацию об измене-
нии напряжения питающих линий, а также о перегрузке агрегатов тя-
говых подстанций, что достаточно для принятия обоснованных ре-
шений. Это приводит к меныним затратам на автоматизацию и телеуп-
равление систем энергоснабжения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. А л у к ер Ш. М. Электрические измерения. М., Колос, 1972. 352 с»
2. Бартновский А. Л., Козин В. О., Кучер С. А Из-
мерения в электротехнических устройствах железнодорожного транспорта.
М., Транспорт, 1974. 399 с.
3. Б е з к о р о в а й н ы й II. М., Ширков Н. Г. Электрические из-
мерения. М., Машиностроение, 1971. 360 с.
4. Б у р д у н Г. Д., Марков Б. И Основы метрологии. 2-е изд.,
перераб. и доп. М., Стандарт, 1977. 232 с.
5. Б у р д у н Г. Д. Справочник по международной системе единиц.
2-е изд., перераб. и доп. М., Стандарт, 1977. 232 с.
6. ГОСТ 22261—76. Средства измерения электрических величин. Общие
гехнические условия. Взамен ГОСТ 1845—59, ГОСТ 9763—67. Введ, 01.07.78;
срок действия до 01.07.83. Группа ПО1.
7. Дмитренко И. Е., Усти некий А. А., Цыганков В. И.
Измерения в устройствах автоматики, телемеханики и связи на железнодорож-
ном транспорте. М., Транспорт, 1975. 519 с.
8. Д м и т р и е в В. С. Основы железнодорожной автоматики и телемеха-
ники. М., Транспорт, 1977. 323с.
9. Илюкевич А Л. Электрические счетчики. М.—Л., Госэпергоиз-
дат. 1963. 381 с.
10. Инструкция по техническому обслуживанию устройств проводной свя-
зи ЦШ-3417. М., Транспорт, 1977. 96 с.
11. К а р п о в Р. Г., Карпов Н. Р. Электрорадиоизмерения. М.,
Высшая школа, 1978. 543 с.
12. Кирикашвили А.П., Лейва Б. П., Романов В. М.
Опыт эксплуатации устройств АЛСН на Юго-Западной ордена Ленина желез-
ной дороге. М., 1977, с. 16—32. Автоматика и связь; ЦНИИТЭИ МПС; вып. 4
(103)
13. Куши вр Ф. В., Савенко В. Г;, Верник С, М. Изме-
рения в технике связи. М., Связь, 1970. 543 с.
14. К у ш н и р Ф. В., Савенко В. Г; Электрорадиоизмерения.
Л., Энергия, 1975. 366 с.
15. Л о з и ц к и й Б. Н., Мельниченко И. И. Электрорадиоиз-
мерения; М., Энергия, 1976. 224 с.
16; Основы электроизмерительной техники/ М. И. Левин, В. Т. Прытков,
Р. М. Девидова-Парфенова и др.; под ред. М. И. Левина. М., Энергия, 1972;
544 с.
17; П и с а р е в с к и й Э. А, Электрические измерения и приборы. Mt|
Энергия, 1970; 431 с.
18. Положение о метрологической службе в системе Министерства путей
сообщения СССР, НТС/3122.М., Стеклография МПС, 1973. 34 с.
19. П о п о в В, G; Электрические измерения. Mi, Энергия, 1974. 898 с.
20. Редькина Л. И., Редькин Б, Е( Электронные коммутаторы
к осциллографам; М>, Энергия, 1969» с. 31—35»
400
21. Руководство по электрическим измерениям линий сельских телефонных
сетей. М., Связь, 1977. 152 с.
22. С а в е и к о В. Г. Измерительная техника. М., Высшая школа, 1974.
335 с.
23. С о к о л о в В. И., П о зд е в в М. Я., Т р е п ш и н В, Ф. — Конт-
рольно-измерительная аппаратура для вагона-лаборатории. — Автоматика, те-
лемеханика и связь, 1973, № 12, с. 13—17; 1974, № 1, с. 12—15.
24. С о л о в ь е в Н. Н. Измерительная техника в проводной связи ч. 1.
М., Связь, 1968. 376 с,
25. С о л о в ь е в Н. Н. Измерительная техника в проводной связи, ч. 2,
М., Связь, 1969. 343 с.
26. С о л о в ь е в Н. Н. Измерительная техника в проводной связи, ч. 3,
М., Связь, 1971. 340 с.
27. С о р к и н И, М. Основы радиоизмерительной техники. М., Энер-
гия, 1976. 311 с.
28. Справочник по радиоизмерительным приборам/ Ю. С. Гаврилов,
Л. С. Еременко, Л. Ю. Зубилевич и др. М., Энергия, 1976. 622 о.
29. Справочник по радиоизмерительным приборам, т. I. / Б. А. Абубакиров,
А. А. Авдеев, М. Л. Гуревич и др.; Под ред. В. С. Насонова. М., Советское ра-
дио, 1977. 50 с.
30. Справочник по электроизмерительным приборам/ К. К. Илюнин,
Д. И. Леонтьев, Л. И. Набебина и др.; Под ред. К. К. Илюнина, 2-е изд., Л.,
Энергия, 1977. 832 с.
31, Терешки Г.. М., П ы ш к и н а Т. Г, Электрорадиоизмерения»
М., „Энергия, 1975. 471 с.
32. Тюрин Н. И. Введение в метрологию. Под ред. Г> Д. Бурдуна»
2-е изд., перераб. и доп. Стандарт, 1976. 304 с.
33. У м а н с к и й Г. М. Электронный измеритель емкости конденсато-
ров. — Автоматика, телемеханика и связь, 1977, № 9, с. 6—8.
34. Цыганков В. И. Электронный фазометр. — Автоматика, телеме-
ханика и связь, 1977, № 12, с. 9—11.
35. 111 в а р и м а н В. О. Электрические измерения междугородных, го-
родских и сельских линий связи. М., Связь, 1972. 272 с.
36. Ш к а б а р д н я М. С. Новые электроизмерительные приборы. Л.,
Энергия, 1974. 155 с.
37. Ш к у р и н Г. П. Справочник по электро- и электронным измеритель-
ным приборам. М., Воениздат, 1970. 384 с.
38. Шнырев А. Г. Справочник по железнодорожной автоматике и те-
лемеханике. М., Транспорт, 1970. 384 с.
39. Ш у м и л и и Н. П. Специальные измерения в проводной связи. М.,
Связь, 1974. 344 с.
40. Электрические измерения / Л. И. Байда, Н. С. Добротвор-
ский, Е. М. Ду ши и и др.; Под ред. А. В. Фремке. Л., Энергия, 1973»
422 с.
41, Электрические измерения/ К. П. Д ь я ч е н к о , Д. И. Зорин,
П. В. Новицкий и др.; Под ред. Е, Г, Шрамкова. М., Высшая школа,
1972 . 519 с.
ОГЛАВЛЕНИЕ
От авторов........................................................... 3
Введение . .................................................. . 4
РАЗДЕЛ I- ОБЩИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ
Глава 1. Основы метрологии и общие понятия об электрических
измерениях
§ 1. Введение в метрологию............................................ 6
§ 2. Классификация методов измерений.................................. 7
§ 3. Погрешности, измерений и приборов...........................' . 8
§ 4. Определение погрешности измерений............................... 11
Глава 2. Единицы, эталоны и меры единиц электрических величин
§ 5. Международная система единиц.................................... 13
§ 6. Основные понятия и определения, относящиеся к мерам и приборам 16
§ 7. Меры электрических величин...................................... 17
§ 8. Государственная и ведомственная метрологические службы....... 22
Глава 3. Общие сведения об электроизмерительных приборах
§ 9. Классификация электроизмерительных приборов по системам ... 24
§ 10. Классификация электроизмерительных приборов по степени юч-
ности и другим признакам........................................... "25
S 11. Общая схема устройства электроизмерительного прибора непо-
средственной оценки........................................... 27
§ 12. Детали электроизмерительных приборов непосредственной оценки 28
§ 13. Вращающий, противодействующий и устанавливающий моменты 32
§ 14. Чувствительность и постоянная электроизмерительного прибора 34
§ 15. Собственное потребление энергии электроизмерительными прибо-
рами ............................................................... 34
§ 16. Перегрузочная способность электроизмерительных приборов . . 35
§ 17. Прочность изоляции электроизмерительных приборов............. 36
§ 18. Маркировка и технические характеристики электроизмерительных
приборов, указанные на шкале................................. 36
Глава 4. Приборы непосредственной оценки для измерения силы
тока и напряжения
§ 19. Классификация приборов для измерения силы тока и напряжения 39
§ 20. Приборы магнитоэлектрической системы.......................... 40
§ 21. Расширение пределов измерения приборов магнитоэлектрической
системы............................................................. 43
§ 22. Приборы электромагнитной системы............................. 49
§ 23. Приборы электродинамической системы........................... 52
§ 24. Приборы ферродинамической системы............................. 56
§ 25. Приборы электростатической системы............................ 57
§ 26. Приборы термоэлектрической системы........................... 59
402
§ 27. Приборы выпрямительной (детекторной) системы.................. 61
§ 28. Приборы электронной системы................................... 63
§ 29. Расширение пределов измерения ламповых вольтметров............ 69
§ 30. Ламповый вольтметр типа В7-17................................. 70
§ 31. Электронный милливольтметр типа B3-38......................... 72
§ 32. Понятие о цифровых измерительных приборах..................... 74
§ 33. Цифровой вольтметр типа В7-16..................'.............. 76
§ 34. Индикаторы тока и напряжения.................................. 78
§ 35. Поверка приборов для измерения тока и напряжения.............. 80
§ 36. Техника безопасности при проведении поверочных рабе! .... 83
Глава 5. Приборы высокой чувствительности — гальванометры
§ 37. Назначение и классификация гальванометров.................... 84
§ 38. Магнитоэлектрический гальванометр постоянного тока........... 86
§ 39. Баллистический гальванометр.................................. 89
§ 40. Гальванометры переменного тока............................... 90
Глава 6. Измерение электрических сопротивлений
§ 41. Классификация электрических сопротивлений по величине и ме-
тодике измерений................................................... 91
§ 42. Измерение средних сопротивлений косвенным методом (амперме-
тра-вольтметра) .................................................. 91
§ 43. Измерение средних сопротивлений одинарным измерительным мо-
стом на постоянном токе............................................ 92
§ 44. Измерение малых сопротивлений косвенным методом (амперметра-
милливольтметра) .................................................. 95
§ 45. Измерение малых сопротивлений двойным измерительным мостом 96
§ 46. Измерение больших сопротивлений методом замещения............ 99
§ 47. Показывающие приборы для измерения сопротивлений............ 10)
§ 48. Омметры типов М371, М57, М471 и М218........................ 103
§ 49. Микроомметр типа М246 ...................................... 106
§ 50. Кйлоомметр- с цифровым отсчетом типа Е6-5................... 108
§ 51. Логометрический мегаомметр типа М1101М...................... 109
§52. Ламповый мегаомметр типа МЕГ-9............................. ПО
§ 53. Комбинированные измерительные приборы (авометры) .... 112
Глава 7. Самопишущие измерительные приборы
§5-1. Назначение и классификация самопишущих приборов............. 114
§ 55. Самопишущие приборы с непрерывной записью................... 115
§ 56. Самопишущие приборы с точечной записью...................... 118
Глава 8. Измерительные трансформаторы
§ 57.
§ 58.
s 59.
§60.
Назначение и классификация измерительных трансформаторов. . .
Измерительные трансформаторы напряжения.....................
Измерительные трансформаторы тока...........................
Измерительные трансформаторы постоянного тока...............
Глава 9. Измерение мощности
119
119
123
126
§ 61. Измерение мощности в цепи постоянного тока..................
§ 62. Измерение активной мощности в цепи однофазного переменного
тока..............................................................
§ 63. Ферродинамический ваттметр..................................
127
128
130
§ 64. Измерение активной мощности в цепях трехфазного тока ......... 131
§ 65. Измерение реактивной мощности в цепи трехфазиого тока .... 134
§ 66. Трехфазные ваттметры.......................................... 137
| 67. Измерение мощности с применением измерительных трансформаторов 138
Глава 10. Измерение электрической энергии
§ 68. Однофазный индукционный счетчик............................... 140
§ 69. Измерение активной энергии в цепи трехфазного тока ..... 146
§ 70. Измерение реактивной энергии в цепи трехфазного тока ..... 148
403
§ 71. Включение трехфазных счетчиков электрической энергии через
измерительные трансформаторы.................................... 150
s 72. Электродинамический счетчик энергии постоянного тока .... 151
у 73. Поверка счетчиков электрической энергии ........... 152
Глава 11. Измерение коэффициента мощности
и частоты переменного тока
,.74. Электродинамический и ферродинамический фазометры............ 154
1 75. Электронный фазометр......................................... 158
’ 76. Общие сведения об измерении низких и высоких частот ...... 160
| 77. Методы измерения частоты......................................161
i 78. Стрелочный и вибрационный частотомеры....................... 164
> 79. Электронно-счетные частотомеры............................... 166
§
РАЗДЕЛ II. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ
Глава 12. Общие сведения о линейных и кабельных
измерениях
§ 80. Задачи специальных измерений в технике автоматики, телемеханики
и проводной связи ................................................ 169
§ 81. Особенности измерений в технике проводной связи ............. 171
Глава 13. Измерение параметров воздушных и кабельных
линий связи, автоматики и телемеханики
§ 82. Назначение и особенности измерений сопротивления, асимметрии
и сопротивления изоляции воздушных цепей .......................... 172
§ 83. Измерение сопротивления одиночных проводов. Метод ложного
нуля............................................................... 173
§ 84. Измерение сопротивления и асимметрии Двухпроводной цепи ме-
тодом заземленного шлейфа.......................................... 174
§ 85. Измерение сопротивления проводов методом трех сумм (трех
шлейфов)........................................................... 176
§ 86 Измерение сопротивления изоляции проводов.................... 176
§ 87. Особенности измерений кабельных линий........................ 178
§ 88. Измерение сопротивления и асимметрии жил кабеля.............. 178
§89. Измерение сопротивления изоляции и емкости кабельных жил 179
§ 90. Обработка результатов измерений воздушных и кабельных линий 182
§91. Периодичность измерений воздушных и кабельных линий .... 188
§ 92. Нормы сопротивления асимметрии и сопротивления изоляции
проводов и кабелей............................................... 189
§ 93. Порядок заполнения ведомости результатов электрических из-
мерений ........................................................... 190
§ 94. Испытание уплотненных цепей................................ 191
§ 95. Техника безопасности при производстве измерений воздушных
и кабельных линий................................................. 193
Глава 14. Определение места повреждения на воздушных и кабельных
линиях автоматики, телемеханики и связи
§ 96. Виды повреждений воздушных и кабельных линий и определение
характера повреждения.............................................. 194
§ 97. Методы определения расстояния до места сообщения проводов
с «землей»......................................................... 196
§ 98. Определение расстояния до места сообщения двух проводов цепи 198
§ 99. Определение расстояния до места обрыва на воздушных линиях
и определение места асимметрии............................. 199
§ 100. Источники погрешностей при измерении поврежденного кабеля и
выбор метода измерения............................................. 201
§ 101. Метод сравнения падений напряжений.......................... 202
§ 102. Методы моста с переменным и постоянным отношением плеч . . . 203
§ 103. Метод трех измерений........................................ 205
404
§ 104. Метод холостого хода и короткого замыкания (метод Бланке) 207'
§ 105. Методы двусторонних измерений (Кулешова и Парикожко) . 209
§ 106. Определение места повреждения изоляции коаксиального кабеля 211
§ 107. Определение расстояния до места обрыва жил в кабеле ..... 211
Глава 15. Измерение сопротивления заземлений
§ 108. Сопротивление заземления и особенности его измерения .... 214
§ 109. Значение сопротивления заземлений в работе злектрическсй ап-
паратуры автоматики, телемеханики, связи и энергетических уст-
ройств .......................................................... 216
§ ПО . Допустимые сопротивления заземлений...................................................................................... 216
§ 111. Методы измерения сопротивления заземлений.................................................................................. 218
§ 112. Измеритель заземлений типа МС-08 . .................... 220
§ 113. Измеритель сопротивления заземлений типа М416.............................................................................. 222
Глава 16. Приборы для измерений постоянным током линий
автоматики, телемеханики, связи и электроснабжения
§ 114. Испытатель линий................................... . . 226
§ 115. Универсальный измерительный мост постоянного тока типа МВУ 49 228
§ 116. Измерительный мост типа РЗЗЗ. 231
§ 117. Переносный кабельный прибор типа ПКП-3. 233
§ 118. Переносный кабельный прибор типа ПКП-4............................................... 236
§ 119. Кабельный прибор типа КМ-61С............................................... 237
Глава 17. Измерения, связанные
с зашитой кабельных линий от электрокоррозии
§ 120. Общие сведения............................................................................................................. 240
§ 121. Определение наличия блуждающих токов в земле............................................................................... 241
§ 122. Измерение токов, протекающих по оболочкам кабелей, и плот-
ности тока утечки................................................... 24 г
§ 123. Обработка результатов электрических измерений.............................................................................. 245
Глава 18. Вспомогательные элементы
измерительных схем переменного тока
§ 124. Приборы сопротивления...................................................................................................... 245
§ 125. Калиброванные делители напряжения и магазины затухания 247
§ 126. Симметрирующие приборы..................................................................................................... 250
Глава 19. Измерительные генераторы переменною тока
§ 127. Основные характеристики генераторов........................................................................................ 251
§ 128. Принцип работы измерительных генераторов................................................................................... 252
§ 129. Измерительный генератор типа ИГ-300 ....................................................................................... 257
Глава 20. Измерение емкости, индуктивности,
взаимной индуктивности и полных сопротивлений
§ 130. Измерение емкости косвенным методом и методом сравнения . . . 258
§ 131. Электронный измеритель емкости конденсаторов............................................................................... 261
§ 132. Измерение индуктивности и взаимной индуктивности косвенным
методом........................................................... 263
§ 133. Теория моста переменного тока. Мосты с отношением и произ-
ведением плеч..................................................... 264
§ 134. Измерение емкости и угла потерь конденсатора мостом перемен-
ного тока........................................................ 266
§ 135. Измерение индуктивности и взаимной индуктивности мостом пе-
ременного тока.................................................... 269
§ 136, Измерение полных и входных сопротивлений мостами перемен-
ного тока........................................................ 276
§ 137. Измерение модуля полного сопротивления методом сравнения 272
§ 138, Универсальный измерительный мост типа Е7-4................................................................................ 274
§ 139. Измерительный мост переменного тока типа Р-556 .......................................................................... 278
§ 140. Измерительный мост типа МПП-300 ......................................................................................... 280
405
Глава 21. Измерение уровней передачи и остаточного затухания
§141. Общие сведения.............................................. 283
§ 142. Переход от уровней по напряжению к уровням по мощности . . 286
§ 143 Измерение уровней передачи каналов связи ................... 289
§ 144. Измерение частотной характеристики остаточного затухания
каналов связи ..................................................... 290
§ 145. Проверка устойчивости каналов......................._^. . . . 292
§ 146. Измерение амплитудных характеристик и коэффициента нелиней-
ных искажений каналов связи и аппаратуры . ....................... 293
Глава 22. Измерение затухания
и усиления четырехполюсников
§ 147. Общие сведения............................................ 296
§ 148 Методы измерения рабочего затухания.......................... 299
§ 149. Измерение собственного и вносимого затухания................ 304
§ 150. Измерение рабочего затухания фильтров....................... 306
§ 151. Методы измерения рабочего усиления . ....................... 306
Глава 23. Приборы для измерения уровней передачи
рабочего затухания и усиления
§ 152 Указатели уровня типов ИУ-600 и ИУУ-300 ..................... 309
§ 153. Измеритель рабочего затухания и усиления типа ИРЗУ-ЗОО 310
§ 154. Генераторы с фиксированными частотами и указатели уровней
к ним.............................................................. 312
Глава 24. Измерение переходного затухания
и уровня помех
§ 155. Основные сведения........................................... 315
§ 156. Методы измерения переходного затухания и защищенности . . 317
§ 157 Комплект аппаратуры для измерения переходного затухания
типа КИПЗ-ЗОО...................................................... 319
§ 158 Измерение уровня шума в каналах связи и пульсаций напряже-
ния источников питания............................................. 321
§ 159. Измерение мешающих напряжений тяговых электроподстанций
и выявление источников помех....................................... 325
Глава 25. Определение расстояния
до места повреждения линии связи
отыскание трассы кабеля переменным током
§ 160. Определение расстояния до места повреждения линии связи по
кривой входного сопротивления...................................... 327
§ 161. Отыскание трассы подземного кабеля, определение места его
повреждения и глубины прокладки.................................... 329
Глава 26. Осциллографы
§ 162. Назначение и классификация осциллографов.................... 332
§ 163. Общие сведения об электромеханическом осциллографе .... 332
§ 164. Электронный осциллограф.................................... 334
§ 165. Принцип получения изображения на экране осциллографа . . . 338
§ 166. Получение пилообразного напряжения.......................... 341
§ 167. Ждущая развертка............................................ 344
§ 168. Одновременное наблюдение двух осциллограмм.................. 344
§ 169. Электронный осциллограф типа С1-49 ......................... 346
Глава 27. Осциллографические методы
проверки аппаратуры и каналов связи
§ 170. Проверка синхронности и градуировка генераторов по фигурам
Лисса жу........................................................... 349
§ 171. Определение коэффициента глубины модуляции................. 350
§ 172. Определение расстояния до места повреждения линии связи с
помощью осциллографа................................................ 351
406
§ 173. Панорамные измерители частотных характеристик четырехпо-
люсников .......................................................... 353
§ 174. Панорамный анализатор спектра частот сложного электрического
сигнала и гармоник................................................. 354
Глава 28. Импульсный метод измерений
на линиях связи
§ 175. Сущность импульсного метода.................................. 355
§ 176. Принцип работы импульсного прибора типа Р5-5................ 35g
Глава 29. Измерительные приборы линейно-аппаратного цеха
§ 177. Общие сведения............................................... 360
§ 178. Приборы, применяемые для измерения уровней, затухания и ам-
плитудно-частотных характеристик каналов связи .................... 360
§ 179. Измерительные пульты и комплекты............................. 361
§ 180. Понятие о паспортизации аппаратуры........................... 362
Глава 30. Основные измерения
в рельсовых цепях
§ 181. Краткие сведения из теории рельсовых цепей............. 363
§ 182. Методы измерения параметров рельсовых цепей переменного тока 365
§ 183. Методы измерения параметров рельсовых цепей постоянного тока 367
§ 184. Измерение напряжения в импульсных рельсовых цепях .... 368
§ 185. Способы проверки исправности изоляции стыков............ 369
§ 186. Приборы для измерения сопротивления стыков рельсов и сопро-
тивления балласта . . . . ............................... 370
§ 187. Автоматизация измерений рельсовых цепей ..................... 373
§ 188. Регулировка и профилактические измерения рельсовых цепей 375
Глава 31. Определение основных электрических
характеристик реле и электросилового оборудования
автоматики и телемеханики
§ 189. Проверка напряжения или тока подъема и отпадания нейтраль-
ного якоря реле.................................................... 376
§ 190. Измерение напряжения переброса поляризованного якоря . . . 378
§ 191. Измерение временных параметров реле.......................... 378
§ 192. Измерение параметров реле секторного типа................... 379
§ 193. Проверка выпрямителей....................................... 380
§ 194. Методы проверки трансформаторов.............................. 381
§ 195. Измерение сопротивления изоляции аккумуляторных батарей
и монтажа.......................................................... 384
РАЗДЕЛ II! ИЗМЕРЕНИЯ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
И ТЕЛЕИЗМЕРЕНИЯ
Глава 32. Измерение неэлектрических величин
электрическими методами
§ 196. Общие принципы измерения..................................... 386
§ 197. Параметрические преобразователи ............................. 387
§ 198. Генераторные преобразователи................................. 392
Глава 33. Телеизмерения
§ 199. Общие сведения о телеизмерениях.............................. 394
§ 2С0. Классификация телеизмерительных систем..................... 395
§ 201. Частотная и импульсная системы телеизмерений................. 396
§ 202. Применение устройств телеизмерений на железнодорожном транс-
порте ............................................................. 397
Список литературы................................................... 400
407
Александр Леонтьевич Бартновский, Василий Описи моей ч Козин,
Софья Александровна Кучер
ИЗМЕРЕНИЯ В ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВАХ
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
Редактор В. Н. Тютюнник
Переплет художника А. С. Завьялова
Технический редактор Г. П. Головкинй
Корректор А. Н. Конева
ИБ № 1066
Сдано в набор 14.12.79. Подписано в печать 29.10.80. Т-19066
Формат 60 X90718- Бум. тип. № 3. Гарнитура литературная. Высокая печать. Усл. печ. л. 25,5
Уч.-изд. л. 28,53 Тираж 21 000 Зак. тип. 1970 Цена 1 р. 10 к.
Изд. № 1-1-2/6 № 9533
Изд-во «ТРАНСПОРТ», 107174. Москва, Басманный туп., 6а
Московская типография № 4 Союзполиграфпрома
при Государственном комитете СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли,
129041, Москва, Б. Переяславская ул., д. 46 *