Электроизмерительная техника - Арутюнов В.О., Альбрандт Р.Э., Грюнер Н.М.

Автор: Арутюнов В.О. Альбрандт Р.Э. Грюнер Н.М.

Теги: электроника электротехника энергетика

Год: 1937

Похожие

Справочник по электроизмерительным приборам

Основы метрологии и электроизмерительной техники

Нефть XXI. Мифы и реальность альтернативной энергетики

Справочник по комбинированным электроизмерительным приборам

Текст

ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ
Й Й - .-"’л • Й J ^4 " V Лр /", “'- , ЦУг г
ТЕХНИКА
под редакцией В. О. АРУТЮНОВА
ЭЭ-15—4-3
В составлении книги принимали участие
АРУТЮНОВ В. О., АЛЬБРАНДТ Р. Э., АВЕРБУХ Я. С.,
ГРЮНЕР Н. М., ГИМЕЛЬШТЕЙБ И. X., ДАМСКИЙ А. М.,
ЛИБЕРШТЕЙН П. Л., СЕЛИБЕР Б. А., СИМХОВИЧ И. И.,
ТУРИЧИН А. М., ФРЕНКЕЛЬ Г. А., ЧЕРНЫШЕВ Е. Т.
Рецензенты: проф. Пономарев н. н.,
инж. войсят к. А.
Книга предназначена для студентов энергетических
техникумов и для высококвалифицированных мастеров»
в ведении которых находится контрольно-измеритель-
ное хозяйство предприятия. Сведения, изложенные в
этой книге, помогут правильно использовать контрольно-
измерительную аппаратуру, а также рационализировать
и правильно организовать производственный процесс.
Изложение материала элементарно, но вполне
строго, что делает книгу доступной для лиц, обладаю-
щих знаниями физики и математики ,в объеме вредней
школы и изучивших общие основы электротехники.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Предисловие............................................ 11
Часть первая. ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ
ПРИБОРЫ
Г л А В А I. ОБЩИЕ СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
ПРИБОРОВ (Я. С. Авербух)............................... 17
Общие приятия.......................................... 17
> § 1. Введение (17). § 2. Вращающий и противодействую-
щий моменты (19). § 3. Успокоение (20). § 4. Погрешности
и поправки (20). §5. Чувствительность (21).
Крепление подвижной части измерительных приборов .... 21
§ 6. Равновесие моментов (21). § 7. Крепление на кернах
и' подпятника^ (23). § 8. Коэфициент добротности (25).
*§ 9. Погрешность от опрокидывания (25). § 10. Арретир (26).
§ И. Крепление на подвесах и растяжках (27).
Способы создания противодействующего момента........... 28
§ 12. Спиральные пружины (28). § 13. Подвесы и растяжки (30).
Способы отсчета........................................ 31
§ 14. Стрелки и шкалы (31)^ § 15. Световые указатели (32).
Успокоение %........................................... 35
§ 16. Общая теория (35). § 17. Успокоители, основанные
на механическом сопротивлении среды (36). § 18. Электро-
магнитные успокоители (38).
Материалы, применяемые в приборостроении............... 38
§ 19. Проводниковые материалы (38). § 20. Ферромагнитные
материалы (41). § 21. Изоляционные материалы (46).
Внешнее оформление приборов....................... . . 48
§ 22. Щитовые приборы (48). § 23. Гигантские приборы (50).
’ § 24. Переносные приборы (51).
Требования, предъявляемые к электроизмерительным прибо-
рам .............................................. 52
§ 25. Классификация приборов по системам (52). § 26. Основ-
ная погрешность и деление приборов на классы (52).
3
Стр.
§ 27. Влияние внешних факторов (54). § 28. Уравновеше-
ние (55). § 29. Время успокоения (56). § 30. Перегрузочная
способность (57). § 31. Прочность изоляции (57). § 32. Мар-
кировка- приборов (58).
глава п. Системы измерительных приборов (л. м.
Туричин) . . . . •............................. 59
Приборы магнитоэлектрической системы....................... 59
§ 33. Принцип действия и устройство (59). § 34. Свойства
и область применения (63).
Приборы электродинамической системы........................ 65
§ 35. Принцип действия и устройство (65). § 36. Свойства
и область применения (70). § 37. Ферродинамические при-
боры (72).
Приборы электромагнитной системы........................... 73
§ 38. Принцип действия и устройство (73). § 39. Свойства
и область применения (77). § 40. Поляризованные электро-
магнитные приборы (79).
Приборы тепловой системы................................... 80
§ 41. Принцип действия и устройство (80). § 42. Свойства
и область применения (83).
Приборы термоэлектрической системы......................... 84
§ 43. Принцип действия и устройство (84). § 44. Свойства
и область применения (88).
Приборы детекторной системы................................ 91
§ 45. Принцип действия и устройство меднозакисного вы-
прямителя (91). § 46. Схемы детекторных приборов (93).
§ 47. Свойства и область применения (97).
Приборы электростатической системы......................... 98
§ 48. Принцип действия и устройство (98). § 49. Свойства
и область применения (99).
ГЛАВА III. ГАЛЬВАНОМЕТРЫ (В. О. Арутюнов)................. 103
Гальванометры постоянного тока............................ 103
§ 50. Устройство и принцип действия (103). § 51. Теория
гальванометра с подвижной катушкой (104). § 52. Выбор
режима работы гальванометра (ПО). § 53? Чувствительность
гальванометра (111). § 54. Выбор гальванометра (113).
§ 55. Конструкции гальванометров (114). § 56. Установка
гальванометров (119).
4
Стр.
Гальванометры переменного тока . . . ,................ 120
§ 57. Вибрационные гальванометры (120). § 58. Электродина-
мические гальванометры (123). § 59. Термогальвано-
метры (125).
Г Л А В А IV. САМОПИШУЩИЕ ПРИБОРЫ И ОСЦИЛЛОГРАФЫ
(А. М Дамский, Б. А. Селибер)............. 127
Самопишущие приборы................................... 127
§ 60. Общие соображения (127). § 61. Формы диаграмм (128).
§ 62. Способы передвижения бумаги (130). § 63. Приборы
с непрерывной записью (132). § 64. Приборы с записью
точками (139). §65. Специальные типы самопишущих при-
боров (142).
Инерционные осциллографы.............................. 143
§ 66. Общие соображения (143). § 67. Принцип действия
и устройство (144). § 68. Вибраторы (146). § 69. Условия
правильного воспроизведения кривых (151). § 70. Конструк-
ции осциллографов (153).
Безинерционные осциллографы........................... 161
§71. Принцип действия и устройство (161). § 72. Концентри-
рование катодного луча (163). §73. Развертка движения
катодного луча во времени (164). §74. Конструкции катод-
ных осциллографов (166).
Часть вторая. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕ-
НИЯ
ГЛ АВА V. ЕДИНИЦЫ И ЭТАЛОНЫ (А. М. ТуричинУ............ 171
Системы единиц.......................................... 171
§75. Абсолютн ая электромагнитная система электрических
единиц (171). § 76. Практическая система единиц (174).
Эталоны и образцовые меры............................... 177
§77. Эталоны электрических единиц (177). §78. Образцовым
меры (174).
ГЛАВА VI. ИЗМЕРЕНИЕ СИЛЫ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ
(77. Л. Лабершпгейн) ....................................... 185
Измерение силы тока приборами с непосредственным^ отсче-
том ........................................................ 185
§ 79. Амперметры (185). § 80. Расширение пределов изме-
рения амперметров (186). § 81. Погрешности амперметров
при шунтировании (189). § 82. Конструкции шунтов (193).
5
Стр.
Измерение напряжения приборами с непосредственным от-
счетом .................................................. 194
§ 83. Вольтметры (194). § 84. Расширение пределов изме-
рения вольтметров (196). §85. Погрешности вольтметров (197).
§ 86. Конструкции добавочных'сопротивлений (200).
Компенсационный метод измерения напряжения и силц тока . 202
§ 87. Общие понятия (202). § 88. Потенциометр Франке (205).
§ 89. Потенциометр Фейснера (206). § 90. Потенциометр
Рапса (208). § 91. Расширение пределов измерения потенцио-
метров (209). § 92. Измерение силы тока (210). § 93. По-
грешности измерения и уход за потенциометром (211).
§ 94. Потенциометры переменного тока (212).
ГЛАВА VII. ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ (И. И. Симхович). 217
Метод амперметра и вольтметра ........................... 217
§а95. Схемы включения и погрешности метода (217).
§ 96. Область применения (220).
Омметры.................................................. 220
97. Омметры с последовательной и параллельной схе-
мой (220). § 98. Шкалы и погрешности омметров (223).
§ 99. Влияние напряжения (224). § 100. Омметры, не за-
висящие от напряжения (225). § 101. Конструкции ом-
метров (230).
Мегомметры................................................. 230
§ 102. Назначение мегомметров и предъявляемые к ним
требования (230). § 103. Конструкции мегомметров (232).
Мостовой и компенсационный методы измерения сопроти-
влений .................................................... 235
§ 104. Теория моста Витстона (235). § 105. Мо_ты с постоян-
ным и переменным отношением плеч (237)? § 106. Конструк-
ции мостов Витстона" (239). § 107. Чувствительность и по-
решности моста Витстона (242). § 108. Применение моста
Витстона для определения мест повреждения в кабелях (244).
§ 109. Двойной мост Томсона (247). § ПО. Компенсационный
метод измерения сопротивлений (249).
Другие методы измерения сопротивлений ..................... 252
§ 111. Метод замещения (252). § 112. Метод диференциаль-
ного гальванометра (254). § 113. Измерение больших со-
противлении (изоляции) (257).
6
Стр.
ГЛ АВА VIII. ИЗМЕРЕНИЕ ЕМКОСТИ, ИНДУКТИВНОСТИ И
ВЗАИМНОЙ ИНДУКТИВНОСТИ (И. И. Симхович). 263
Измерение емкости.........;.............................. 263
§ 114. Измерение емкости приборами с непосредственным
отсчетом (263). § 115. Мостовые методы измерений на пере-
менном токе (265). § 116. Измерение емкости мостовыми
методами (267). § 117. Потери в конденсаторах и методы
компенсации их при мостовых измерениях (268).
Измерение коэфициента индуктивности...................... 271
§ 118. Мост Максвелла (271). § 119. Метод сравнения индук-
тивности с емкостью (274).
Измерение коэфицйента взаимной индуктивности............. 276
§ 120. Метод согласного и встречного включения обмо-
ток (276). § 121. Метод сравнения (277).
ГЛАВА IX. ИЗМЕРЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСТВА
(В. О. Арутюнов)............................ 278
Баллистический гальванометр.............................. 278
§ 122. Введение (278). § 123. Теория (278). § 124. Шунтиро-
вание баллистического гальванометра (281). § 125. Различные
применения баллистического гальванометра (282).
Счетчики количества электричества...........•............ 283
§ '126 . Магнитоэлектрические счетчики (283). § 127. Электро-
химический счетчик (286).
ГЛАВА X. ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ ПОСТОЯННОГО И.
ОДНОФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (И, X. Га-
мелыитейб а Г. А. Френкель).............................. 288
Метод амперметра и вольтметра............................ 288
§ 128. Схемы включения (288). § 129. Погрешности метода (288).
Электродинамические и ферродинамические ваттметры. . . . 289
§ 130. Теория ваттметра (289). § 131. Cxeitfa включения (291).
§132. Расширение пределов измерения (295). § 133. Расчет
постоянной ваттметра (303). § 134. Включение ваттметра в цепь
переменного тока (304). § 135. Погрешности ваттметров (306).
§ 136. Конструкции электродинамических ваттметров (310).
Индукционные ваттметры................................... 317
§ 137. Принцип действия и устройство приборов индукци-
онной системы (317). § 138. Теория индукционного ватт-
метра (321). § 139. Индукционный ваттметр завода „Электро-
прибор" (323). § 140. Погрешности ваттметра (325).
Стр».
ГЛАВА XI. ИЗМЕРЕНИЕ ЭНЕРГИИ ПОСТОЯННОГО И
ОДНОФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО ТОКА. (И. X.
Гимелыитейб)............................. 327
Электродинамический счетчик энергии..................... 327
§ 141. Устройство и теория (327). § 142. Постоянная счет-
чика и погрешность (331). § 143. Влияние трения (332).
Однофазный индукционный счетчик..................- . . . 334
§ 144. Теория счетчика (334). § 145. Нагрузочная кривая
индукционного счетчика (337). § 146. Индукционный счетчик
типа В2 (339).
ГЛАВА XII. ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ И ЭНЕРГИИ ТРЕХ-
ФАЗНОГО ТОКА. (И. X. Гимельйтейб, Г. А.
Френкель}................................... 342
Измерение мощности трехфазного тока........................ 342
§ 147. Мощность трехфазного тока (342). § 148. Метод одного
ваттметра (343). § 149. Метод двух ваттметров (345).
Трехфазные ваттметры ...................•.................. 348
§ 150. Область применения (348). § 151. Принцип действия
и погрешности (349). § 152. Конструкции трехфазных ватт-
метров (351).
Измерение энергии трехфазного тока ..... ................ 355
§ 153. Измерение энергии в четырехпроводной цепи (355).
§ 154. Измерение энергии в трехпроводной цепи (357).
ГЛАВА XIII. ИЗМЕРЕНИЕ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ И
ЭНЕРГИИ. (И. X. Гимелыитейб)............. 360
Измерение в цепи однофазного тока....................... 360
§ 155. Активная и реактивная мощность (360). §156. Ваттметр
реактивной мощности (361). § 157, Счетчик реактивной
энергии (363).
Измерение в цепи трехфазного тока ....................... 364
§ 158. Реактивная мощность трехфазной цепи (364).
§ 159. Схема ваттметра с переключенной параллельной
обмоткой (364). § 160. Схема с искусственной нейтральной
точкой (365). § 161. Схема Бергтольда (366).
ГЛАВА XIV. ИЗМЕРЕНИЕ КОЭФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ
(Г. А. Френкель)......................... 369
Косвенные методы измерения................................ 369
§ 162. Значение коэфициента мощности (369). § 163. Измере-
8
Стр-
ние cos ср в цени однофазного тока (369). § 164. Измерение
коэфициента мощности в цепи трехфазного тока (370).
Фазометры................................................... 372
§ 165. Теория однофазного электродинамического фазо-
метра (372). § 166. Трехфазный электродинамический фазо-
метр (375). § 167. Ферродинамические . фазометры (376).
§ 168. Электромагнитный фазометр завода „Электро-
прибор* (378).
ГЛАВА XV. РАСШИРЕНИЕ ПРЕДЕЛОВ ИЗМЕРЕНИЯ ПРИ
ПОМОЩИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТРАНСФОРМАТО-
РОВ (В. О. Арутюнов)................................. 381
Трансформаторы тока................................... 381
§ 169. Назначение и принцип действия (381). § 170. Теория
трансформатора тока (383). § 171. Конструкции трансформато-
ров тока (389).
Трансформаторы напряжения............................. 394
§ 172. Назначение и принцип действия (394). § 173. Погреш-
ности трансформатора напряжения (395). § 174. Конструкции
трансформаторов напряжения (396).
Включение приборов через измерительные трансформаторы 398
§ 175. Основные правила включения измерительных транс-
форматоров (398). § 176. Включение в цепь однофазного
тока (400). § 177. Включение в цепь трехфазного тока (402).
ГЛАВА XVI. ИЗМЕРЕНИЕ ЧАСТОТЫ (В. О. Арутюнов, Р. Э.
Альбрандт)............................................. 405
Измерение низких частот................................ 405
§ 178. Вибрационные частотомеры (405). § 179. Стрелочные
частотомеры (410).
Измерение звуковых и радиочастот ...................... 412
§ 180. Измерение частоты методом моста (412). §181. Волно-
меры (414).
ГЛАВА XVII. СИНХРОНИЗАЦИЯ МАШИН (В. О. Арутюнов). 417
Параллельная работа генераторов постоянного тока....... 417
§ 182. Условия параллельной работы (417 . § 183. Включение
на параллельную работу (417).
а.
Стр.
Параллельная работа машин однофазного переменного тока . 418
§ 184. Условия параллельной работы (418). § 185. Согласова-
ние частот (419). § 186. Включение на „погасание" (419).
§ 187. Включение на „горение" (421). § 188. Включение
через вспомогательный трансформатор (421).
Параллельная работа машин трехфазного переменного тока . . 423
§ 189. Особенности включения при трехфазном токе (423).
§ 190. Определение порядка следования фаз (423). § 191. Лам-
повые синхроноскопы (424). § 192. Электромагнитный син-
хроноскоп завода „Электроприбор" (425).
ГЛАВА XVIII. ТЕЛЕИЗМЕРЕНИЯ (В. О. Арутюнов)........... 427
Общие понятия......................................... 427
§ 193. Проблема телеизмерений (427). § 194. Общие прин-
ципы телеизмерений (428).
Телеизмерительные системы............................. 430
§ 195. Импульсные методы телеизмерений (430). § 196. Ком-
пенсационные методы телеизмерений (432).
ГЛАВА XIX. МАГНИТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ (£. Т, Чернышев) .„. 437
Баллистический метод испытания магнитных материалов . . . 437
§ 197. Общие понятия (437). § 198. Баллистический ме-
тод (438). § 199. Градуировка баллистического гальвано-
метра (440). § 200. Испытание магнитных материалов (444).
§ 201. Техника испытаний (448).
Измерение потерь на гистерезис и токи Фуко......... 453
§ 202. Потери на гистерезис и токи Фуко (453). § 203. Ватт-
метровый метод измерения потерь (455).
Часть третья. ЭКСПЛОАТАЦИЯ ЭЛЕКТРОИЗ-
МЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ И
УХОД ЗА НИМИ
ГЛАВА XX. ПОВЕРКА, РЕГУЛИРОВКА И ГРАДУИРОВКА
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ (Р. Э. Алъбрантд,
'И. X. Гимелыитейб, П. Л. Лаберщтейн, В. О.
Арутюнов).................................. 463
Поверка и градуировка амперметров и вольтметров .... 463
§ 2U4. Общие соображения и поверочные схемы (463).
205. Источники тока (466). § 206. Реостаты (467).
§ 207. Образцовые приборы (468). § 208. Организация
рабочеГо места (470). § 209. Техника поверки (472). § 210.
Техника градуировки (474).
10
Поверка и градуировка ваттметров ........................
§ 211. Поверка ваттметров методом образцового ваттметра
на постоянном токе (477). § 212. Метод образцового ватт-
метра на переменном ‘токе (479). § 213. Метод потенцио-
метра (481).
Регулировка счетчиков..........• . . . .'.............. . .
§ 214. Методы регулировки (483). § 215. Установление 90°
сдвига (485). § 216. Регулировка при номинальной на-
грузке (486). § *217. Регулировка при малой нагрузке (486).
§ 218. Поверка счетчиков методом ваттметров и секундо-
мера (487). § 219. Регулировка трехфазных счетчиков (488).
Поверка измерительных трансформаторов....................
§ 220. Общие замечания (489). § 221. Проверка полярности
измерительных трансформаторов (489). § 222. Поверка транс-
форматоров тока и напряжения (492).
ГЛАВА XXI. РЕМОНТ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ (Р. Э.
Альбрандт) . . '............................
Методика обнаружения неисправностей и необходимая аппа-
ратура ..................................................
§ 223. Неисправности электроизмерительных приборов
и причины их возникновения (495). § 224. Общая методика
обнаружения неисправностей (496). § 225. Предосторожности
при разборке приборов (501). 226. Организация рабочего
места и необходимая аппаратура (502).
Устранение механических неисправностей...............• •
§ 227. Устранение неисправностей кернов и опор (503).
§228. Устранение неисправностей указательной системы (508).
§ 229. Устранение неисправностей пружинок и подводок (511).
§ 230. Уравновешивание подвижной части (515). § 231. Устра-
нение задевания подвижной части (516).
Устранение электрических неисправностей .................
§ 232. Устранение обрывов (519). § 233. Устранение корот-
ких замыканий (524). § 234. Устранение переменного кон-
такта в схеме (525). § 235. Устранение утечки ч^рез изо-
ляцию (526).
ГЛАВА XXII. МОНТАЖ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ (Я /И.
Грюнер, В. О. Арутюнов, Б. А. Селабер)..................
§ 236. Общие требования йри установке измерительных при-
боров (527). § 237. Установка показывающих приборов (527).
Стр.
477
483
489
495
495
503
519
527
11
§ 238. Расположение и установка счетчиков (533). §239. Вклю-
чение различных типов счетчиков (534). § 240. Монтаж
самопишущих приборов (535). § 241. Установка измеритель-
ных трансформаторов (537). § 242. Правила обнаружения
неправильных включений счетчиков (539). § 243. Монтаж
добавочной аппаратуры (543). § 244. Подводы к электро-
измерительным приборам (544). § 245. Уход за электроизме-
рительными приборами (545).
Приложение..........................................
547
ПРЕДИСЛОВИЕ
Завдды, фабрики, электростанции Советского Союза
В значительной степени оборудованы новейшими контроль-
яаизмерительными приборами. Эти приборы являются осно-
вным орудием рационального, технически и экономически
целесообразного ведения производственных процессов. По-
вышение производительности, широкое внедрение стаха-
новских методов работы, а также рост энерговооруженности
наших предприятий еще более настойчиво требуют правиль-
ной постановки контрольно-измерительного хозяйства пред-
приятия любой отрасли промышленности.
Среди всех существующих методов измерений электри-
ческие являются наиболее точными, чувствительными и удоб-
ными в эксплоатации, чем и объясняется широкое внедрение
методов электрических измерений во все отрасли народного
хозяйства. В связи с этим, назрела потребность в выпуске
такой книги, которая содержала бы основные теоретические
сведения по вопросам электрических измерений и сведения
о монтаже, ремонте и обслуживании измерительных прибо-
ров, чтобы дать возможность наиболее полно и целесооб-
разно использовать контрольно-измерительную аппаратуру,
имеющуюся в цехе, на заводе или в ином предприятии; где
работает стахановец. Настоящая книга и призвана служить
этой цели.
Книга разделена на три части. Первая часть посвящена
электроизмерительным приборам. В ней рассматриваются
основные условия, которым должен удовлетворять всякий
измерительный прибор, затем рассматривается теория и кон-
структивные элементы различных систем измерительных
приборов. В этой же части рассматриваются самопишущие
приборы и осциллографы. Вторая часть охватывает эле-
13
ктрические измерения, как таковые; в ней рассматриваются
методы измерений различных величин и применяемая в этих
случаях аппаратура. Третья часть охватывает вопросы, свя-
занные с эксплоатацией электроизмерительной аппаратуры.
Здесь излагаются методы регулировки и градуировки изме-
рительных приборов; рассматриваются необходимая аппара-
тура и схемы; особое внимание 'уделяется организации рабо-
чего места. В этой же третьей части даются правила ремонта
и монтажа измерительных приборов. Материал этих глав
имеет целью дать возможность легко и быстро обнаружить
и устранить неисправности приборов, а также избежать не-
правильных соединений лри монтаже.
Настоящий труд в основном предназначен для высоко-
квалифицированных мастеров-эксплоатационников и для
студентов техникумов. Однако, практические сведения,
данные в книге, позволяют думать, что, несмотря на эле-
ментарность изложения, книга найдет читателей и среди
инженерно-технических работников различных предприя-
тий, помогая им рационально и экономично построить
контрольно-измерительное хозяйство у себя на пред-
приятии.
Книга написана коллективом инженеров завода,, Электро-
прибор“ и сотрудников Кафедры электрических измерений
Ленинградского индустриального института под общей
редакцией инж. В. О. Арутюнова.
Коллектив авторов выражает глубокую признательность
проф. Н. Н. Пономареву^и инж. К. А. Войсят за цен-
ные указания, сделанные ими при просмотре рукописи,
и инж. Л. Г. Сизову за его деятельную помощь в оформле-
нии книги..’
Scan AAW
Часть первая
ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ
ПРИБОРЫ
ГЛАВА I
ОБЩИЕ СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБО-
РОВ
ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ
§ 1. Введение. Электрические измерительные приборы
в настоящее время нашли себе широкое применение во всех
отраслях техники. Всюду, где в производственном процессе
участвует электрический ток, присутствие измерительных
.приборов оказывается необходимым. Они дают возможность
непрерывно наблюдать за состоянием контролируемой уста-
новки и тем своевременно и непрерывно улучшать произ-
водственный процесс. Измерительные приборы позволяют
полнее использовать технические возможности установки,
исключают возможность работы „на глазок". С другой сто-
роны, развитие техники и, связанные с этим, новые требо-
вания вызывают дальнейшее усовершенствование электро-
измерительной техники, появление новых типов приборов
для контроля новейших способов производства.
В связи с этим в настоящее время электроизмеритель-
ная техника разрослась в большую самостоятельную об-
ласть, разрешая самые сложные проблемы измерений, являясь
единственно надежным орудием в деле наиболее полного,
рационального и экономичного использования технических
и ^производственных возможностей установки, цеха или
даже всего предприятия в целом.
При внимательном рассмотрении электроизмерительной
аппаратуры можно заметить, что техника электрических
измерений оперирует сравнительно небольшим числом
основных систем измерительных приборов и создает разно-
образнейшие способы их применения с целью измерения
всевозможных электрических величин. Это, разумеется, не
значит, что число существующих элементов останется на*
всегда постоянным, наоборот, новые методы электрических
измерений, новые материалы, новые производственные
способы дают толчок к созданию и новых типов приборов.
Однако, общая картина наличия ряда основных элементов,
2 Зак. 3921. — Электроизмерительная техника. И
из которых составляются различные схемы и методы
электрических измерений, остается в силе.
Измерительную технику можно рассматривать как со-
стоящую из двух разделов: электроизмерительных
приборов и методов электрических измере-
ний. Хотя в некоторых случаях не удается провести точ-
ного разграничения этих разделов, не удается сказать, где
кончается прибор и где начинается метод измерения, тем
не менее такое разделение представляет известные удоб-
ства при изучении электроизмерительной техники.
Электроизмерительным прибором называется совокуп-
ность деталей и механизмов, служащих для Непосредствен-
ного измерения какой-либо электрической величины.
В электроизмерительных приборах для измерения каких-
либо электрических величин используются различные про-
явления электрического тока. Так, например, способность
электрического тока при прохождении по проводнику вы-
делять в нем известное количество тепла используется
для построения тепловьгх измерительных приборов (см. §41);
в других системах используется свойство электрического
тока создавать вокруг проводника магнитное поле и др.
Действительно, по количеству тепла, выделенного током,
можно судить и о величине самого тока.
' Однако, одного этого недостаточно для построения из-
мерительного ' прибора, непосредственно показывающего
величину измеряемого тока. Нужно еще проявления эле-
ктрического тока, например магнитные, превратить в меха-
нические перемещения какого-либо указателя, который
указывал бы, перемещаясь над соответствующей шкалой,
значение измеряемой величины.
В качестве такого указателя в подавляющем большинстве
приборов применяют стрелку, вращающуюся на оси при-
бора так, что ее конец указывает соответствующее деле-
ние шкалы.
Наблюдая величину отклонения стрелки от ее нулевого
положения, судят о величине измеряемого тока.
Вращательное движение стрелки измерительного прибора
приводит, таким образом, к тому, что основная часть
элек гроизмерительного прибора — часть, воспринимающая
измеряемую величину, или так называемая-подвижная часть
под действием электрического тока также должна совер-
шать вращательное движение. Она располагается на некото-
рой оси, вращающейся в опорах, укрепленных в неподвижных
частях прибора.
Резюмируя сказанное, приходим к следующему: всякий
электроизмерительный прибор состоит из подвижной и не-
18
подвижной частей. По величине перемещения подвижной
части судят о величине измеряемого тока, поэтому это
перемещение должно зависеть только от измеряемой вели-
чины, а не от каких-либо других факторов.
Величину отклонения подвижной части можно наблюдать,
связав ее жестко 90 стрелкой, перемещающейся по шкале
с делениями.
Таково, в общих чертах, устройство большинства стре-
лочных- электроизмерительных приборов. Ниже мы де-
тально рассмотрим устройство и назначение общих элемен-
тов измерительных приборов, а также общие их свойства,
а затем подробно ознакомимся с устройством различных
систем электроизмерительных приборов и методами эле-
ктрических измерений.
§ 2. Вращающий и противодействующий моменты.
Когда измерительный прибор включен в сеть, то по нахо-
дящимся в нем проводникам проходит ток, который соз-
дает некоторое взаимодействие между неподвижными и под-
вижными частями прибора. Это взаимодействие проявляется
в виде так называемого вращающего момента, приложенного
к подвижной части и заставляющего ее вращаться. Вращаю-
щий момент f возрастает вместе с измеряемой величиной.
В зависимости от физической природы явления, создающего
вращающий момент, электроизмерительные приборы делятся
на системы. Это разделение чрезвычайно важно, так как
ряд основных свойств прибора определяется именно его
системой, т. е. лежащими в основе его действия физическими
закономерностями. Поэтому подробное описание устройства
электроизмерительных приборов в гл. II ведется по систе-
мам.
Под воздействием вращающего' момента подвижная
часть поворачивается на некоторый угол и затем останавли-
вается. Согласно первому закону Ньютона тело может
только тогда находиться в покое, когда сумма действующих
на него сил (или моментов сил) равна нулю. Так как вра-
щающий момент в приборе с отклоненной подвижной частью
не исчез, то очевидно, появился какой-то другой момент,
действующий навстречу вращающему и уравновешивающий
его. Этот момент называется противодействующим; он
противоположен по знаку вращающему моменту, не зави-
сит от измеряемой величины и у большинства приборов
пропорционален углу поворота подвижной части.
По выключении прибора и исчезновении вращающего
момента противодействующий момент возвращает стрелку
на нуль. При отсутствии противодействующего момента по-
движная часть отклонялась бы на всю шкалу, до упора, при
2* 19
любом значении измеряемой величины. Способы создания
противодействующего момента будут рассмотрены ниже.
Детали, создающие вращающий и противодействующий
моменты, подвижная часть прибора и приспособления, слу-
жащие для получения отсчета (стрелка и шкала), называ-
ются в совокупности измеряющим механизмом.
Измеряющий механизм всегда помещается в корпус, за-
щищающий его от механических воздействий и попадания
пыли.
§ 3. Успокоение. Подвижная часть прибора при изме-
нениях измеряемой величины перемещается из одного поло-
жения в другое—новое положение равновесия. Однако, это
новое положение равновесия она займет не сразу. По инер-
ции она перейдет за него, затем, под влиянием противодей-
ствующего момента, начнет двигаться в обратную сторону,
опять перейдет по инерции за положение равновесия, но
уже в другую сторону й будет таким образом колебаться
около нового положения равновесия. Очевидно, что отсчет
по прибору нельзя произвести до тех цор, пока подвижная
часть колеблется. Колебания должны прекратиться в крат-
чайший срок, для чего необходимо отнять у подвижной ча-
сти энергию движения. Это осуществляется при помощи
специальных приспособлений, называемых успокоителями,
которые тормозят подвижную часть во время движения,
поглощая таким образом ее кинетическую энергию. Успоко-
ители устраиваются таким образом, что их тормозящее
действие пропорционально скорости подвижной части. Они,
очевидно, не оказывают влияния на показания прибора, так
как при покое подвижной части тормозящее действие
равно нулю.
§ 4. Погрешности и поправки. Показание прибора
обычно несколько отличается от действительного значения
измеряемой величины. Эта неточность показаний прибора
вызывается воздействием ряда причин, которые будут рас-
смотрены ниже. Разность между показанием прибора и
действительным значением измеряемой величины называется
абсолютной погрешностью. Отношение абсолютной погреш-
ности к действительному значению измеряемой величины
называется относительной погрешностью и характеризует
точность измерения. По неточному показанию прибора можно
получить действительное значение измеряемой величины,
прибавляя алгебраически к показанию поправку. Поправка
определяется заранее, при поверке прибора каким-либо
точным методом.
Поправка отрицательна, если действительное значение
измеряемой величины меньше показания прибора.
со
Как видно из приведенных определений, поправка чи-
сленно равна абсолютной погрешности, взятой с обратным
знаком.
§ 5. Чувствительность. Во многих случаях требуются
приборы, которые могут измерять очень малые величиньи
Подвижная часть такого прибора должна отклоняться на
достаточно большой угол уже при очень малом изменении
(приращении или убывании) измеряемой величины. Чем
больше будет приращение угла отклонения при одном
и том же приращении измеряемой величины, тем меньшие
Величины можно измерять прибором, тем выше его чувстви-
тельность. Мерой чувствительности является отношение:
Да
д7 ’
где Д/—приращение измеряемой величины,
Да — соответствующее ему приращение угла отклонения.
Понятия чувствительности и точности.ни в коем случае
не следует смешивать или связывать между собой. Иногда
предполагают, что точный прибор должен быть в то же
время чувствительным, так какой отмечает даже небольшие
изменения измеряемой величины. В действительности этой
связи нет, так как очень малым относительным изме-
нениям измеряемой величины, характеризующим точность,
могут соответствовать большие абсолютные изменения,
и, следовательно, малая чувствительность. Например, прибор
на 100 А, позволяющий производить измерения с точностью
до 0,1%, т. е. до 0,1 А, отличается большой точностью, но
в то же время мало чувствителен. Наоборот, прибор на
1 |лА, имеющий погрешность до 2%, т. е. до 2 • 10~8А, мало
точен, но высоко чувствителен. Как правило, приборы очень
высокой чувствительности не могут быть сделаны точными.
КРЕПЛЕНИЕ ПОДВИЖНОЙ ЧАСТИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
§ 6. Равновесие моментов. Подвижная часть вращается,
как мы указывали выше, вокруг оси, средняя линия которой
занимает определенное положение относительно неподвиж-
ных частей прибора. При установившемся отклонении алге-
браическая сумма моментов сил, действующих на подвиж-
ную часть,должна быть равна нулю. Вращающий момент/)
всегда действует в сторону возрастания отклонения и поэтому
считается положительным; противодействующий момент М
направлен в обратную сторону, в сторону уменьшения угла
отклонения и считается отрицательным. Момент успокоения
21
при установившемся отклонении, как указывалось выше,
равен нулю. Поэтому мы имеем нижеследующее равенство:
D — M = 0.
В большинстве электроизмерительных приборов ось,
на которой укреплена подвижная часть, опирается на непо-
движные части, так называемые опоры. На поверхностях
соприкосновения оси с неподвижными частями возникают
силы трения. Благодаря этому, помимо указанных выше
моментов, появляется еще момент сил трения. Этот момент
существует как вовремя покоя подвижной части, так и при ее
вращении. Силы трения, как известно, всегда направлены
навстречу, движению. Поэтому, при увеличении измеряемой
величины (движение стрелки вверх по шкале), момент тре-
ния направлен к нулю и уменьшает показания. В этом
случае момент трения отрицателен. При уменьшении изме-
ряемой величины (движение стрелки вниз по шкале) момент -
трения направлен от нуля и, следовательно, увеличивает
показания. Таким образом, в отличие от вращающего и про-
тиводействующего моментов, момент трения' может быть
положительным или отрицательным, в зависимости от на-
правления вращения подвижной части. При наличии момента
тренйя Мт основное уравнение равновесия подвижной части
напишется следующим образом:
D — M±MT — 0. ' (1)
Отсюда следует, что одному и тому же противодейст-
вующему моменту могут соответствовать различные вра-
щающие моменты в зависимости от знака и величины момента
трения. Данному значению противодействующего момента
отвечает определенный угол отклонения, а каждому значе-
нию вращающего момента соответствует определенное значе-
ние измеряемой величины. Поэтому из уравнения (1) выте-
кает, что одному и тому же отклонению прибора могут
соответствовать различные значения измеряемой величины.
Правильное показание прибор давал бы при отсутствии
трения. Момент трения вызывает погрешность, которая
может быть или положительна, или отрицательна. Влияние
момента трения и характер погрешности трения для магнито-
электрического прибора изображены графически на рис. 1.
Вращающий момент изображен линией, параллельной
оси абсцисс, так как в этрх приборах он не зависит от угла
отклонения. Вращающий момент при другом значении изме-
ряемой величины изобразится такжа линией, параллельной
оси абсцисс, но расположенной несколько выше или ниже.
Противодействующий момент считаем пропорциональным
22
Рис. 1. Моменты, действующие
на подвижною часть.
равна а' — а, или а" — а
углу отклонения и изображаем прямой,'проходящей через
начало координат.
Момент трения прибавляется или вычитается из противо-
действующего момента. Прибавив и, соответственно,
вычтя из каждой ординаты линии М величину Мт, мы
поручим точки, лежащие на прямых 7И-|-Л4ги М— Мт
Прямые эти параллельны линии М
Рассмотрим сначала случай, когда трение отсутствует.
При отклонении подвижной части на некоторый угол а
должно иметь место равенство D — М. Если задана изме-
ряемая величина и, следовательно, момент D, то угол откло-
нения а можно найти как абс-
циссу точки пересечения пря-
мой М с прямой D.
Согласно уравнения (1), при
наличии трения должно иметь
место равенство D = М zp Мт.
Это условие выполняется для
точек пересечения линии D с ли-
нией М—Мт или^^Л/Ц-Л/у. Угол
отклонения получится теперь
или“*<*' или а.". В том и дру-
гом случае он будет отличаться
от правильного угла отклоне-
ния, а, и показания прибора бу-
дут неточны.
Погрешность при этом будет
в зависимости от направления движения стрелки и может
быть либо положительной, либо отрицательной.
Момент трения, как видно из вышеизложенного, вре-
ден и потому крепление подвижной части должно быть
осуществлено таким образом, чтобы трение было мини-
мально.
§ 7. Крепление на кернах и подпятниках. Наиболее рас-
пространенный способ крепления подвижной части — на
кернах и подпятниках. Детали подвижной части скреплены
с цилиндрической осью, концы которой заточены на конус,
обычно с углом при вершине в 60°. Эти концы называются
кернами. Ось может быть сплошной или состоять из двух
половин, соединенных с подвижной частью так, что оси
конусов составляют одну прямую линию. Оси изготовляются
из высокоуглеродис.'ой стали серебрянки.
Керны опираются в углубления подпятников, называемые
кратерами (рис. 2). Кратер имеет вид конуса, вершина
которого закруглена на шар.
23
Обычно заостренные концы осей направлены в разные
стороны друг от друга (приборы с наружными кернами), но
иногда они направляются навстречу друг другу (приборы
с внутренними кернами, рис. 3).
Подпятники изготовляются из твердого камня: корунда
(рубина или сапфира), в более дешевых приборах — из агата,
конец оси должен
в менее ответственных случаях —
из металла. Поверхности камня и
керна для уменьшения трения
должны быть очень тщательно от-,
полированы.
Концы осей выдерживают вес
подвижной части. Если сделать их
очень заостренными, то напряже-
ния в материале достигнут недо-
пустимо больших величин, и керны
будут согнуты или смяты. Тре-
ние сильно возрастет, поэтому
быть закруглен. Давление в этом случае
распределится по шаровой поверхности соприкосновения
керна и камня и будет меньше. Радиус зцкругления должен
Рис. 3. Прибор с внутренними кер-
нами..
быть тем больше, чем больше вес подвижной части, и воз-
растает, если прибор должен выдерживать тряску, так как
в этом случае появляются дополнительные усилия от ударов.
В зависимости от этих условий, он колеблется в пределах
от 0,005 до 0,100 mm. Радиус закругления дна кратера
камня /?2 (рис. 2) должен быть в 4—10 раз больше, чем
радиус закругления керна Обычно он лежит в пределах
от 0,15 до 0,35 mm. Момент трения при прочих равных
24
условиях будет тем больше, чем тяжелее подвижная
часть. Он возрастает быстрее веса подвижной части,
вследствие необходимости увеличивать радиус закругления
конца керна, что приводит к возрастанию соприкасающихся
поверхностей, на которых возникает трение. Как показы-
вает подробное исследование, момент трения пропорцио-
нален весу подвижной части в степени 1,5 (при некоторых
условиях в степени 1,33). Момент трения значительно больше
прй горизонтальной оси, чем при вертикальной. Поэтому
точные приборы почти всегда имеют вертикальную ось,
чтобы избежать большой погрешности от трения.
§ 8. Квэфициент добротности. Относительная погреш-
ность от трения определяется отношением момента трения
Мг т
к вращающему моменту Так как момент трения про-
порционален весу подвижной части в степени 1,5, то по-
G1’5
грешность от трения пропорциональна отношению .
Обратная величина, характеризующая степень независимости
показаний прибора от трения, называется ко э ф и ци е н т о м
добротности и является важной характеристикой при-
бора. В выражение коэфициента добротности вводят чи-
сленный множитель 10 с целью получения удобных чисел
для обычных приборов. По предложению известного немец-
кого специалиста по электроизмерительным приборам
проф. Г. Кейната коэфициент добротности определяется сле-
дующим выражением:
к 100
G1,s ’
где вес подвижной части выражен в граммах, а момент-
в грамм-сантиметрах.
Коэфициент добротности для прибора с горизонтальной
осью не должен быть меньше 0,5; для прибора с вертикаль-
ной осью — меньше 0,1, в крайнем случае 0,5; обычно коэфи-
циент добротности составляет примерно 1,0.
§ 9. Погрешность от опрокидывания. Ось прибора
никогда не может быть укреплена в подпятниках жестко.
Расстояние между донышками кратеров камней всегда должно
быть больше длины оси, , чтобы последняя имела возмож-
ность свободно расширяться при нагревании и чтобы при
сборке прибора концы оси не были случайно зажаты
между камнями и раздавлены. Наличие зазора между осью
и донышком кратера (называемого сборщиками „люфтом”)
вызывает в приборе погрешность от опрокидывания оси.
25
Возникновение этой погрешности нагляднее всего можно
проследить у приборов с вертикальной осью (рис. 4). Ниж-
ний конец оси всегда занимает строго определенное поло-
жение, упираясь в дно кратера камня. Верхний конец керна,
не достигающий вершины кратера, лежит на его боковой
поверхности и может перемещаться по ней под влиянием
случайных толчков, описывая некоторую окружность. Если
перемещение происходит
направлению стрелки, то
и стрелка относительно
в плоскости, перпендикулярной
одновременно будет смещаться
делений шкалы, что приведет
к изменению показаний при-
бора на некоторую вели-
чину Да. Погрешность от
опрокидывания тем больше,
Рис. 4. Погрешность от опрокиды- Рис. 5. Винг с камнем,
вания.
чем больше осевой зазор, чем шире кратер кам'ня и чем
короче ось. Обычно осевой зазор равен 0,02—0,03 mm.
Погрешность от опрокидывания отсутствует в приборах
с кернами, направленными внутрь рамки.
При горизонтальной оси явление опрокидывания более
сложно, так как оба конца осине имеют строго определен-
ного положения и могут перемещаться.
Камни подпятников, для возможности регулировки осе-
вого зазора, обычно заделываются в винт с мелкой резьбой
(рис. 5). Камень укрепляется в винте закаткой или запрес-
совыванием. После установки зазора винт с камнем пре-
дохраняется от развинчивания либо контр-гайкой, либо
винтом, как указано на рис. 5.
§ 10. Арретир. Приборы с очень малым коэфициентом
добротности не выдерживают тряски, так как необходимое
26
увеличение радиуса закругления керна привело бы к чрез-
мерному возрастанию погрешности от трения. Для предо-
хранения кернов и камней от повреждений при транспор-
тировке' приборы снабжаются предохранительным приспо-
соблением-арретиром. Арретир, применяющийся почти
исключительно в приборах с вертикальной осью, приподни-
мает подвижную часть с нижнего подпятника и зажимает
ее так, что она не мбжет двигаться в осевом направлении.
Таким образом, керны не могут ударяться '
о камни и предохраняются от повреждений.
§ 11. Крепление на подвесах и растяж-
ках. В приборах очень высокой чувстви-
тельности вращающий момент настолько
мал, что погрешность от трения при укре-
плении подвижной части на кернах дости-
гала бы недопустимо большой величины.
В таких случаях применяется иной способ
укрепления подвижной части, полностью
устраняющий трение. Подвижная часть под-
вешивается на нити из упругого материала
(металла или кварца). Один конец нити (под-
веса) закреплен на неподвижных частях при-
бора, другой соединен с подвижной частью.
При вращении подвижной части подвес за-
кручивается, но скольжения одной поверх-
ности по другой не происходит и потому
трение между подвижной и неподвижными
частями не появляется.
Подвес не фиксирует жестко положения
оси вращения подвижной части относительно
Рис 6. Подвиж-
ная часть на
растяжках.
неподвижных частей: он всегда располагается по верти-
кали. Поэтому прибор может работать только в одном по-
ложении, для установки в котором служит уровень. Основ-
ное неудобство приборов с подвесом — необходимость
установки на основании, не испытывающем сотрясений,
которые вызывают непрерывные перемещения неподвиж-
ных частей относительно подвижной, сохраняющей неизмен-
ное положение в пространстве. Найти подходящее основа-
ние для установки прибора, особенно в городах с интен-
сивным трамвайным и автогрузовым движением, бывает за-
труднительно.
Этот недостаток приборов с подвесом отчасти устра-
няется укреплением подвижной части на растяжках (рис. 6).
Подвижная часть в двух диаметрально противоположных
точках соединена с двумя нитями, натянутыми туго, как
струны. Трение, очевидно, также отсутствует. Благодаря
27
натяжению нитей подвижная часть при наклоне прибора
на небольшие углы сохраняет положение относительно
неподвижных частей, и прибор не нуждается в точной уста-
новке по уровню.
Приборы с подвесом обязательно снабжаются аррети-
ром.
СПОСОБЫ СОЗДАНИЯ ПРОТИВОДЕЙСТВУЮЩЕГО МОМЕНТА
§ 12. Спиральные пружины. Наиболее распространен-
ный способ создания противодействующего момента —
Рис. 7. Пружина в ви-
де архимедовой спи-
рали.
использование упругих сил закрученной
пружины или подвеса.
Чаще всего применяются пружины
в виде плоской архимедовой спирали
(рис. 7). Спираль навивается из ленты
прямоугольного сечения.
Противодействующий момент, созда-
ваемый такой пружиной, при закручи-
вании на угол а равен:
м2
Ebh?
12£

где Ь — ширина ленты пружины в сантиметрах,
h — толщина ее в сантиметрах,
L — развернутая длина ленты в сантиметрах,
„ kG
Е— модуль упругости в ,
М2 — момент в kGcm.
Противодействующий момент, как видно из формулы,
прямо пропорционален углу закручивания и обратно про-
порционален длине, поэтому при отрезании части пру-
жины момент ее увеличивается.
Наружный конец пружины соединяется с неподвижными
частями прибора, внутренний конец скрепляется о подвиж-
ной частью. Прикрепление концов пружины производится
обычно припайкой оловом; при этом необходимо соблюдать
осторожность, чтобы не отжечь концов пружины, в резуль-
тате чего они потеряют упругие свойства.
К свойствам пружины предъявляются чрезвычайно вы-
сокие требования. Пружины не должны давать по возмож-
ности никаких остаточных деформаций, чтобы стрелка при-
бора возвращалась на нуль даже после длительного откло-
нения на .большой угол.
23
Наиболее подходящим материалом для изготовления
пружин могла бы служить сталь, но она в электроизмери-
тельной технике не применяется, так как намагничивание
стали в магнитном поле, имеющемся в большинстве при-
боров, нарушило бы правильность показаний. Обычно пру-
жины изготовляются из фосфористой бронзы, в последнее
время иногда из кадмиевой или бериллиевой бронзы. Пре-
k (j
дел упругости фосфористой бронзы от 3000 до 5500—
Однако, при проектировании пружин не допускают напря-
kG
жений свыше 300...500 —обеспечивая высоким запа-
ст2
сом прочности надежность пружин.
Модуль упругости для фосфористой бронзы примерно
•1 • 106
ст2
Противодействующий момент пружин уменьшается при
повышении температуры, примерно, на 0,2—0,5% на Ю’С.
Вместе с тем, пружины иногда слегка деформируются при
колебаниях температуры, вызывая схождение стрелки с нуля.
Для устранения смещений стрелки с нуля, вызванных
изменениями температуры, а также иными случайными при-
чинами, служит корректор (рис. 8). Он состоит из эксцен-
29
трика, который закреплен на кожухе так, что его'можно
поворачивать, не вскрывая прибора, и рычага, шарнирно
связанного одним концом с эксцентриком. Наружный конец
пружины припаян к рычагу. Рычаг может вращаться во-
круг оси, совпадающей с осью вращения подвижной части,
однако, для поворота его необходимо преодолеть значи-
тельное трение. Вращая извне эксцентрик, мы поворачи-
ваем рычаг и наружный конец пружины, вслед за которым
поворачивается ее внутренний конец и скрепленная с ним
подвижная часть.
В некоторых приборах пружины не только создают
противодействующий момент, но используются также для
подводов тока к подвижной части. Очевидно, в этих слу-
чаях необходимо иметь две пружины. Электрическое со-
противление токоведущих пружин иногда должно быть
очень малым. Пружины в этих случаях должны быть изго-
товлены из широкой ленты; в качестве материала для них
применяются специальные сорта бронзы с малым удель-
ным сопротивлением (о, 03 2 mm вместо 0,08—0,16 Q |.
\ т т /
Упругие свойства- такой бронзы невысоки.
§ 13. Подвесы и растяжки. Противодействующий мо-
мент в приборах с подвижной частью на подвесе или рас-,
тяжках создается закручиванием последних.
При круглом сечении нити момент будет:
При прямоугольном сечении:
Ж2
Gbh?
Здесь G— модуль сдвига в
d—диаметр нити в сантиметрах,
b, h — ширина и толщина ленты в сантиметрах, .
L—длина подвеса в сантиметрах.
Противодействующий момент пропорционален углу за-
кручивания, как и у спиральных пружин.
Подвес должен выдерживать вес подвижной части. По-
этому важно иметь максимальное сечение при заданном
моменте. В этом отношении, как показывает опыт, выгод-
нее подвесы с прямоугольным сечением, обладающие боль-
шей прочностью на разрыв при равном моменте.
30
Подвесы изготовляются так же, как и пружины, из фос-
фористой бронзы. Размеры ленты зависят от требуемого
момента. Минимальная толщина ленты примерно 0,007 mm.
В наиболее чувствительных приборах применяются нити
из кварца диаметром до 0,75 у..
Противодействующий момент, нити обратно пропорцио-
нален .длине ее. В приборах на растяжках, при том же рас-
полагаемом пространстве и той же ленте получается вчет-
веро больший момент, чем при применении только одного
подвеса вдвое более длинного, чем каждая из растяжек.
Поэтому приборы очень высокой чувствительности не из-
готовляются на растяжках.
Вместо механического * противодействующего момента,
создаваемого пружинами или подвесом, в некоторых при-
борах создается электрический
или магнитный противодейству-
ющий момент,возникновение ко-
торого будет рассмотрено ниже
(см. § Г00).
СПОСОБЫ ОТСЧЕТА
§ 14. Стрелки и шкалы. Наи-
более распространенный способ
отсчета Показаний — по стрелке,
укрепленной на подвижной ча-
сти прибора. Стрелка обычно из-
готовляется из алюминия или
дюралюминия и должна соеди-
нять высокую прочность с лег-
костью. При слишком слабом
сечении стрелка будет погнута
распространенный случай повреждений электроизмеритель-
ных приборов.
Стрелки технических приборов имеют копьевидную
(рис. 9, Ь, с, 'd) или, реже, стержневидную форму (рис. 9, е).
Копьевидная стрелка позволяет делать приблизительный
отсчет издалека, а также, в случае надобности, более точный
отсчет по заостренной части копья на близком расстоянии.
Обычно деления шкалы наносятся черной тушью на бе-
лом фоне. Раньше шкалы чертились на бумаге^ наклеенной
на металлическое основание; теперь часто желтеющая со
временем бумага заменяется слоем белой краски. В прибо-
рах для транспорта (автомобилей, самолетов) фон шкалы
делается черный, а деления и стрелка — белыми. Такая рас-
цветка позволяет производить отсчет быстрее и, кроме того,
дает возможность покрывать светящимся составом деления
3]
Рис. 9. Форма стрелок.
при перегрузке—весьма
и стрелку, что широко применяется для авиационных при-*
боров и позволяет пользоваться ими в темноте.
Расстояние стрелки от шкалы не должно быть большим
во избежание чрезмерной погрешности от неправильного
отсчета, так называемой погрешности от парал-
лакса. Если луч зрения направлен к шкале не перпенди-
кулярно, то стрелка проектируется косо и кажется •стоящей
против деления, смещенного от истинного вправо или влево,
в зависимости от положения Глаза наблюдателя (рис. 10).
Погрешность от параллакса устраняется при помощи
зеркальных шкал, которыми снабжаются всё точные при-
боры. Рядом с делениями шкалы помещается дугообразное
Рис. 10. Погрешность от па- Рис. 11. Зеркальная -шкала для уничто-
раллакса. жения погрешности от параллакса.
зеркало (рис. 11), над которым перемещается конец стрелки.
Стрелка в данном случае делается ножевидная (рис. 9а), ко-
нец ее имеет, вид ножа, обращенного к наблюдателю реб-
ром. Луч зрения перпендикулярен к шкале, когда конец
стрелки сливается со своим изображением в зеркале (пе-
рекрывает его). По этому признаку можно найти правиль-
ное положение глаза при отсчете и исключить погрешность
от параллакса.
§ 15. Световые указатели. Приборы высокой чувстви-
тельности должны иметь очень длинную стрелку, чтобы
при повороте подвижной части на весьма малый угол по-
лучить заметное перемещение конца стрелки по шкале.
Однако, стрелка большой длины будет слишком тяжелой,
поэтому ее заменяют световым лучом, играющим роль не-
весомой стрелки (указателя).
На подвижной части прибора укрепляется зеркальце Z,
на которое падает луч света из окошечка фонаря G с лам-
почкой накаливания (рис. 12). Отраженный зеркальцем луч
падает на полупрозрачную шкалу 5 в виде светового пятна.
32
На шкале получается ясное изображение окошечка, обычно
с поперечной чертой от натянутой поперек окошка нити.
Угол отражения, как известно, равен углу падения. По-
этому, при повороте подвижной части на некоторый угол а,
отраженный луч поворачивается на вдвое больший угол 2а,
Рис. 12. Объективный отсчет.
как видно на рис. .12. Таким образом, чувствительность при-
бора повышается.
Расстояние от шкалы до зеркальца I обычно колеблется
от 1 до 3 ш. Длина светового указателя, как видно из
этого,, очень велика, и при малом угле поворота получается
большое перемещение а по шкале.
Описанный выше способ светового отсчета называется
объективным, так как позволяет производить наблюде-
ния одновременно нескольким наблюдателям.
В противоположность объективному при субъективном
способе работать может только один наблюдатель. На
месте фонаря помещают зрительную трубу Т (рис. 13),
3 Зак. 3924. — Электроизмерительная техника. 33
в которую наблюдают деления шкалы 5. Лучи от шкалы
падают на зеркальце и, отражаясь от него, попадают в зри-
тельную трубу Т.
Рис. 14. Вертикальная установка со световым указателем.
Субъективный способ позволяет сделать отсчет несколько
более точно, чем объективный, так как нить в трубе тоньше,
чем черта, пересекающая светлое поле зайчика, но зато
34
он утомительнее для наблюдателя. Поэтому более распро-
странен объективный метод.
Иногда для экономии места большую часть пути свето-
вого луча переносят в вертикальную плоскость, преломляя
его при помощи призм и зеркал, как изображено на рис. 14.
Прибор помещается высоко на стене.
УСПОКОЕНИЕ
§ 16. Общая теория. Мы указывали выше, что подвиж-
ная часть прибора занимает новое положение равновесия
не сразу и что для сокращения времени ее установки при-
меняются специальные приспособления — успокоители, иг-
рающие роль тормозов. В зависимости от эффективности
действия успокоителя движение может быть периоди-
ческим или апериодическим. При периодическом
движении подвижная часть совершает несколько колебаний
около положения равновесия со все уменьшающимися ам-
плитудами (затухающие колебания). Такая подвижная часть
называется н е доу с п о к о е н н о й. При апериодическом
движении подвижная часть медленно движется, „подпол-
зает", к положению равновесия: подвижная часть пере-
успокоена. Промежуточный случай называется крити-
ческим: подвижная часть доходит до положения равнове-
сия, не переходя за него, но и не подползая.
Характер движения зависит от соотношения между мо-
ментом инерции,1 противодействующим моментом и момен-
том успокоения. Чем больше момент инерции и противо-
действующий момент, тем труднее затормозить подвижную
часть и прекратить ее колебанйя, тем больше должен быть
момент успокоения. Поэтому в приборах с тяжелой подвиж-
ной частью (например самопишущих) приходится применять
очень сильные успокоители. ф
1 Известный из механики закон ‘Ньютона выражается уравнением
.та = f, где f — сила, т — масса тела и а — ускорение.
Для случая вращательного движения тела это уравнение удобнее на-
писать в несколько иной форме. Пусть тело описывает при вращении
окружность радиуса г. Умножив обе части уравнения Ньютона на г, по-
лучим mra = fr.
Произведение силы на радиус ее действия (плечо) называется, как
известно, моментом с и л ы М = fг.
Ускорение при вращательном движении равно угловому ускорению,
умноженному на радиус вращения: а == <аг. Следовательно: = или
— М, 5
Произведение массы т на квадрат расстояния г от оси вращения
называется моментом инерции. Он играет при вращательном дви-
жении ту же роль, что масса при поступательном. Чем больше момент
инерции, тем труднее сообщить телу данное угловое ускорение, а также
тем труднее остановить уже вращающееся тело.
у 35
Практическое значение имеет, главным образом, .время
успокоения, т. е. время, протекшее от момента включения
прибора до момента, начиная с которого стрелка его нё
удаляется от своего конечного положения на расстояние,
превышающее известный процент от длины шкалы, напри-
мер, по советскому стандарту (ОСТ 5236) 1%. Приведенное
определение времени успокоения вытекает из следующих
соображений: в конце движения скорость настолько мала,
что невозможно заметить, когда подвижная часть вполне
остановится и так:ке невозможно с абсолютной точностью
установить врегия, потребное для перехода в новое поло-
жение равновесия, В зависимости от точности наблюдения
мы будем считать подвижную часть уже достигшей поло-
жения равновесия, хотя она отстоит от него на некотором
расстоянии, меньшем погрешности наблюдения. Как сред-
нюю погрешность наблюдений стандарт и выбирает указан-
ную величину. Время успокоения, очевидно, тем больше,
чем больше точность ^требуемого приближения к конечному
положению.
Наименьшее время успокоения получается при слегка
недоуспокоенном движении, причем колебания должны быть
тем менее успокоены, чем меньше точность отсчета.
Величина наименьшего времени успокоения определяется
периодом свободных колебаний подвижной части, который
находится из равенства:
z»=2”i/4
где J—момент инерции и • W—противодействующий мо-
мент при закручивании на угол в один радиан. Время успо-
коения тем меньше, чем меньше период колебаний.
Приборы для транспорта часто делают несколько пере-
успокоенными, чтобы уничтожить резкие смещения подвиж-
ной части при толчках, приводящие к быстрому износу
кернов и камней. Некоторые приборы снабжаются приспо-
соблением, позволяющим сильно увеличить успокоение на
время транспортировки путем замыкания зажимов накоротко.
Приспособления для успокоения колебаний подвижной
части — успокоители основаны на использовании следую-
щих явлений:
1) механического сопротивления среды,
2) электромагнитного торможения.
§ 17. Успокоители, основанные на механическом со-
противление среды. Сопротивляющейся средой служит воз-
дух или жидкость (масло, ртуть). Жидкостные успокоители
36
применяются очень редко, только в тех случаях, когда
требуется получить очень большой момент успокоения.
С подвижной частью прибора соединяется пластинка
той или иной формы, перемещающаяся в закрытой непо-
движной камере. Между пластинкой и стенками камеры
остается лишь небольшой зазор. При вращении пластинки
воздух (или жидкость) перед ней сжимается и тормозит
движение. Чем меньше зазор, тем сильнее успокоение, но
тем труднее сборка прибора. Пластинка делается из алю-
миния. По конструкции камеры и пластинки успокоители,
Рис. 15. Крыльчатый успокоитель. Крыш-
ка камеры снята.
Рис. 16. Поршневой
успокоитель.
Основанные на механическом сопротивлении среды, делятся
на два типа: а) крыльчатые и б) поршневые.
а) Крыльчатые успокоители имеют прямоуголь-
ную пластинку (крыло), укрепленную на оси при помощи
небольшого стерженька (рис. 15). Камера секторообразной
формы; она закрыта со всех сторон и только для прохода
стерженька, несущего крыло, сделан прорез.
б) Поршневые успокоители. Камера поршневых
успокоителей имеет вид трубки, изогнутой по окружности,
центр которой совпадает с центром вращения подвижной
части (рис. 16). Камера закрыта с одной стороны. Сквозь
вторую открытую сторону в нее' входит пластинка в виде
поршенька, закрепленного на длинном изогнутом стержне.
37
Поршневые успокоители действуют сильнее крыльчатых
но сборка их труднее. В изогнутой трубке труднее уста-
новить зазор, чем в секторообразной камере, верхняя крышка
которой снимается во время сборки.
§ 18. Электромагнитные успокоители. С подвижной
частью скрепляется металлическое, обычно алюминиевое,
тело, движущееся в поле постоянного магнита М (рис. 17).
Чаще всего это тело имеет вид секторообразной пластинки Д,
средняя часть которой вырезана для
уменьшения веса.
При пересечении магнитного поля
проводником, в данном случае секто-
ром А, в нем возбуждаются токи Фуко.
Взаимодействуя с магнитным полем по-
стоянного магнита эти токи, по закону
Ленца, стремятся затормозить движе-
ние. Таким образом, создается момент
успокоения.
Электромагнитные успокоители дей-
ствуют сильнее воздушных и применя-
ются в приборах всех систем, принцип
действия которых не препятствует по-
мещению в корпусе прибора постоян-
ного магнита (см. гл. II).
МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ПРИБОРО-
СТРОЕНИИ
Рис. 17. Магнитный § 19. Проводниковые материалы,
успокоитель. Мы рассмотрим ниже важнейшие свой-
ства материалов, оказывающих суще-
ственное влияние на работу самого измеряющего меха-
низма.
Вопрос о {Материалах для отдельных конструктивных
деталей будет затронут лишь вкратце, в связи со специфи-
ческими требованиями приборостроения. Интересующие нас
материалы могут быть разбиты на три группы: 1) провод-
никовые, 2) ферромагнитные и 3) изоляционные.
Проводниковые материалы применяются для изготовле-
ния деталей, по которым проходит электрический ток. Они
распадаются на две подгруппы: материалы низкого сопро-
тивления и материалы высокого сопротивления.
а) Материалы низкого сопротивления. Важ-
нейшие материалы этой подгруппы: медь и алюминий.
Медь. В приборостроении прйменяется электролитическая
Qrnm2
медь, удельное сопротивление которой 0,0175----. Медь
обладает высоким температурным коэфициентом сопроти-
вления, равным примерно 4~4% на 10° С. Из меди изгото-
вляются провода, идущие на намотку катушек и соединение
отдельных токоведущих частей между собой. Провода для
намотки катушек должны быть изолированы, причем изо-
ляция, при достаточной электрической прочности, должна
иметь малую толщину ввиду ограниченности места на ка-
тушках. От изоляции провода катушек подвижной части
требуется, кроме того, малый вес.
Наименьшее увеличение веса и размеров провода полу-
чаются при эмалевой изоляции (провод марки ПЭ). Однако,
эта изоляция не вполне надежна, так как эмаль при намотке
провода иногда трескается и оставляет открытыми отдельные
неизолированные места. Поэтому часто применяется провод
в одинарной шелковой оплетке (ПШО) или в одинарной
шелковой обмотке поверх эмалевой изоляции (ПЭШО). По-
следний дает вполне надежную изоляцию при малой толщине
ее и весе и ^поэтому широко применяется, особенно при
изготовлении подвижных катушек приборов.
Провода с двойной шелковой изоляцией (ПШД) и с оди-
нарной бумажной (ПБО) применяются довольно редко,
последние главным образом как толстые провода для непод-
вижных катушек.
Необходимо отметить широкое применение в приборо-
строении очень тонких проволок, диаметром От 0,03 пип,
в последнее время даже от Ь,02 mm.
Алюминий. Удельное сопротивление алюминия около
шгп^
0,028 2—-. Температурный коэфициент примерно тот же,
что у меди. Удельный вес алюминия -гораздо меньше, чем
G G
у меди: 2,7 —- вместо 8,9 —Изготовленные из алю-
J cm3 cm3
миниевой проволоки катушки, при равном сопротивлении
и числе витков, почти в полтора раза легче медных. Поэтому
алюминиевая проволока часто применяется для подвижных
катушек. Однако, у тонких проволок разница в весе 1йало
заметна, так как вес изоляции составляет значительную
часть общего веса, тем более, что эмалированные алюми-
ниевые провода изготовить очень трудно, так как эмаль
плохо держится на алюминии.
Алюминиевые провода диаметром менее 0,05 mm в на-
стоящее время не применяются ввиду малой прочности
на разрыв.
Значительные затруднения представляет присоединение
концов алюминиевой проволоки. Удовлетворительный при-
39
пой до сих пор не найден. Поэтому как при пайке концов
проволоки, так и при зажатии ее возможно нарушение кон-
такта со временем, особенно под воздействием влаги. Во-
прос о надежном присоединении алюминиевой проволоки
до сих пор не может считаться вполне решенным.
Алюминий или его сплав с медью и марганцем —дюралю-
миний, отличающийся большой прочностью, широко при-
меняется также для изготовления различных деталей под-
вижной части, где важен малый вес.
б) Материалы высокого сопротивления. Эти
материалы служат юежде всего для изготовления проволок,
идущих на намотку катушек, сопротивление которых не
должно зависеть от температуры. Но все известные до сих
пор материалы с малы я температурным коэфициентом имеют
высокое удельное сопротивление, так что эти два свойства
оказываются связанными.
Чистые металлы обладают большим температурным коэ-
фициентом. Поэтому в качестве материалов* высокого со-
противления применяют различные сплавы.
Помимо указанных свойств, сплав должен быть устой-
чивым при нагревании и, в некоторых случаях, он должен
иметь очень малую термоэлектродвижущую силу в паре
с^медью. Проводник высокого сопротивления часто соеди-
няется с медным, и при случайном нагревании места соеди-
нения появится термоэлектродвижущая сила, присутствие
которой в некоторых измерительных схемах вызовет боль-
шие погрешности.
Наиболее распространенными в приборостроении спла-
вами являются манганин и константан.
М а н г а н и н. Примерный состав манганина: 84% меди,
12% марганца и 4% никеля. Впрочем, отдельные сорта
манганина довольно сильно разнятся по составу. Удельное
о ~ mm2
сопротивление манганина равно примерно 0,45 2—^, но
сильно колеблется у различных сортов. Температурный
ко^фициент очень невелик, порядка 0,01—0,02% на 10° С.
Термоэлектродвижущая сила в паре с медью также весьма
мала (1—2|iV на 1°С).
Недостаток манганина — малая допустимая температура
нагрева. Предельная рабочая температура манганина 100—
120° С. При большем нагреве изменяются свойства манганина.
Константан. Под этим наименованием известен сплав,
состоящий примерно из 60% меди и 40% никеля. Удельное
шт2
сопротивление 0,50 2 Температурный коэфициент его —
4Q
0,03—0,04% на 10°С. Константан выдерживает гораздо более
высокий нагрев, чем манганин, примерно, до 400° С. Область
применения константана сильно ограничивается большой
термоэлектродвижущей силой в паре с медью: около 3,5 mV
при разнице температур горячего и холодного спаев в 100°С.
§ 20. Ферромагнитные материалы, а) Общие свой-
ства. Ферромагнитные материалы служат проводниками
магнитного потока. Их свойства характеризуются кривыми
намагничивания, свя-
зывающими напряжен-
ность магнитного по-
ля /У, действующего на
материал, с магнитной
индукцией В, возни-
кающей в материале.
Подобная кривая изо-
бражена на рис. 18.
При возрастании на-
пряженности поля ин-
дукция также растет,
сначала быстрее, за-
тем медленно. Железо,
как принято говорить,
насыщается.
Если, дойдя до не-
которой напряженно-
сти поля /Утах, начать
уменьшать Н, ^о ин-
дукции не получат прежних значений, а будут несколько
больше, так что кривая обратного хода пойдет выше пер-
вой, так называемой, основной кривой. Когда Н станет
равной нулю, индукция не упадет до нуля. Значит, мате-
риал сохранит некоторое намагничивание. Эта величина
индукции называется остаточной индукцией Вг и
является важной характеристикой материала. Чем она
больше, тем легче намагничивается материал, тем мень-
шая Для этого нужна напряженность поля.
Чтобы полностью размагнитить материал, необходимо
изменить направление поля и увеличить его до определен-
ной величины. Чем большая напряженность поля требуется
для размагничивания материала, тем лучше он сохраняет
намагничивание. Размагничивающая напряженность поля
называется задерживающей напряженностью, или
коэрцитивной силой /У/, она характеризует способность
материала удерживать намагничивание и, следовательно,
его пригодность для изготовления постоянных магнитов.
41
Продолжая увеличивать намагничивающее поле обрат-
ного направления до величины — Ятах, численно равной
+ Ятах, мы получим индукцию — Втах, по величине равную
+ 5гаах. Изменяя таким же образом напряженность поля
постепенно ОТ--Л/тах ДО^^тах» мы получим новую кривую,
симметричную только-что пройденной от точки-}-5max, Wmax.
Обе кривые вместе образуют замкнутый контур, называемый
гистерезисным циклом или гистерезисной петлей.
На производимое таким образом перемагничивание мате-
риала тратится энергия. Величина этой энергии пропорцио-
нальна площади гистерезисной петли. При широкой петле,
которая получается при большой коэрцитивной силе, затрата
энергии на перемагничивание больше. Поэтому материалы,
подвергающиеся частому
перемагничиванию, должны
иметь малую коэрцитивную
силу.
Отношение индукции В
к напряженности поля Н
называется магнитной
проницаемостью и
обозначается обычно бук-
вой Магнитная прони-
цаемость для данного ма-
Рис. 19. Кривая магнитно^ проницае-
мости.
териала величина непо-
стоянная и изменяется с из-
менением напряженности
поля (рис. 19). При некоторой ^индукции проницаемость
достигает максимума, а затем начинает уменьшаться.
Проницаемость в начале кривой при 5 = 0 называется
начальной проницаемостью. Для немагнитных материалов
проницаемость равна единице и достигает нескольких ты-
сяч для железа.
Ферромагнитные материалы разделяются на три под-
группы: 1) материалы с высокой коэрцитивной силой, слу-
жащие для изготовления постоянных магнитов; 2) материалы
с низкой коэрцитивной силой и высокой проницаемостью,
служащие проводниками магнитного потока, особенно пере-
менного. Разновидностью этой подгруппы являются мате-
риалы с высокой начальной проницаемостью, которыехильно
намагничиваются уже в очень слабых полях; 3) материалы
для термомапГитной компенсации, проницаемость которых
сильно меняется с температурой.
б) Материалы с высокой коэрцитивной
силой. Свойства материалов для постоянных магнитов
характеризуются частью гистерезисной кривой с положи-
42
тельными индукциями и отрицательными напряженностями
поля (размагничивающей кривой). Эти материалы должны
соединять высокую остаточную индукцию с большой коэр-
цитивной силой.
. Кривые размагничивания получаются при замкнутой маг-
нитной цепи. Задача же всякого магнита — создать как можно
больший магнитный поток в некотором объеме простран-
ства, лежащем вне самого магнита. Таким образом, цепь
всякого магнита разомкнута. Магнитный поток используется
именно в этом разрыве цепи магнита, куда помещаются
проводники, на которые магнитный поток должен воздей-
ствовать. Каждый магнит характеризуется на кривой намаг-
ничивания материала некоторой
точкой, для которой отношение
Н
-д определяется размерами маг-
нита и его воздушного зазора,
но не зависит от материала маг-
нита.
Поэтому, если материал ха-
рактеризуется размагничиваю-
щей кривой (кривая I или II на
рис. 20), то каждая форма маг-
нита характеризуется некоторой
прямой (7 или 2 рис/20), прохо-
дящей через начало координат
и наклоненной к оси абсцисс иод
некоторым углом р, который
определяется следующим равен-
ством:
Рис. 20. Размагничивающие
кривые.
Величина N называется коэфициентом размагни-
чивания и зависит только от формы и размеров магнита.
Магнит некоторой определенной формы и из известного
материала будет, очевидно, характеризоваться точкой, лежа-
щей на пересечении кривой размагничивания материала и пря-
мой, заданной его формой (рис. 20).
Чем короче или чем толще магнит, тем более прибли-
жается характеризующая его прямая к оси абсцисс (прямая?,
рис. 20). Чтобы получить при таком магните достаточную
индукцию, необходимо применять материалы, имеющие воз-’
можно большую коэрцитивную силу, как можно убе-
диться на рис. 20, рассматривая пересечения прямых / и 2
с кривыми I и II. При малой длине магнита (или большой
43
толщине) материал с меньшей остаточной индукцией, но
большой коэрцитивной силой, выгоднее.
В последние годы в ряде отраслей техники, главным
образом авиации, начали применяться приборы очень малых
ра меров, где по необходимости приходится ставить корот-
кие магниты. Для этих магнитов потребовались стали
с очень высокой коэрцитивной силой.
Вольфрамовая сталь. Содержит примерно 5%
вольфрама и 0,5% углерода. Размагничивающая кривая ее
приведена на рис. 21 (кривая /). Остаточная индукция равна
в среднем 10500 Gs, коэрцитивная сила 60 Ое (обозначения
единиц см. стр. 439).
До последнего времени
наиболее распростра-
нена магнитная сталь.
Хромистая сталь.
Содержит примерно
5% хрома и.1% угле-
рода. По магнитным
свойствам аналогична
вольфрамовой стали,
но имеет несколько
^меньшую остаточную
индукцию.
Кобальтовые
стали. Кобальтовая
сталь открыта в 1919 г.
японским ученым Хон-
дй. Обладает высокой
Jocmedoi
Рис. 21. Размагничивающие кривые раз-
личных сталей.
коэрцитивной силой, примерно 250 Ое при остаточной индук-
ции в 9000 Gs (кривая ///, рис. 21). Содержит примерно 35%
кобальта. Широкое применение этой высококачественной
стали ограничивается дороговизной кобальта. Поэтому были
разработаны стали с пониженным содержанием кобальта
(от 5% Со), но имеющие худшие магнитные свойства (напри-
мер, кривая II, рис. 21).
Никёль-алюминиевые стали. Открыты впервые
японским ученым Мишима в 1932 г. Содержат примерно
25% никеля и 12% алюминия, остальное железо. Отличаются
еще большей коэрцитивной силой, доходящей до 650 Ое,
но имеют меньшую остаточную индукцию, обычно порядка
7000 Gs (кривая IV, рис. 21).
Применение этой стали в приборостроении затрудняется
чрезвычайной твердостью и хрупкостью ее. Материал можно
обрабатывать исключительно шлифовкой. Поэтому нужную
форму магниту можно придать только отливкой,
44
Старение магнитов. Магнитные стали изменяют свои
свойства в первое время после закалки. Остаточная индук-.
ция и коэрцитивная сила несколько уменьшаются. Между
тем,' магниты в электроизмерительных приборах должны
быть строго постоянными. Следовательно, магнит нельзя
использовать, пока не закончится изменение его материала,
пока он не „состарится". Опыт показывает, что процесс
старения значительно ускоряется при повышенных темпера-
турах. Он может считаться практически законченным, если
магнит прогреть при 100° С (обычно в кипящей воде) в тече-
ние 8 часов. Этим достигается, так называемое, структурное
старение.
Подвергнутый действию переменного магнитного поля,
постоянный магнит несколько размагничивается и ослабе-
вает. Однако, повторные воздействия магнитных полей не
вызывают дальнейшего ослабления магнита, если только
напряженность этих полей не превосходит напряженности
первого поля. Поэтому магнит до градуировки прибора
подвергают магнитному старению, помещая его в перемен-
ное магнитное поле, более сильное, чем нормально встре-
чающиеся в условиях эксплоатации поля.
в) Материалы с малой коэрцитивной силой
и высокой проницаемостью. Эти материалы приме-
няются для изготовления магнитопроводов, например сер-
дечников электромагнитов. Высокая проницаемость необхо-
дима, чтобы сердечник имел малое магнитное сопротивле-
ние. Малая коэрцитивная сила требуется для уменьшения
потерь на гистерезис при прохождении по материалу пере-
менного магнитного потока.
Помимо потерь на гистерезис, при-переменном намагни-
чивании в материале возникают токи Фуко, вследствие чего
появляются дополнительные потери. Для уменьшения их,
удельное электрическое сопротивление материала должно
быть велико и сердечник должен набираться из отдельных
листов, изолированных друг от друга.
В качестве материала высокой проницаемости часто при-
меняется, так называемое, мягкое железо, т. е. железо с очень
малым содержанием углерода. Его максимальная проницае-
мость равна примерно 10000, коэрцитивная сила от 0,5
до 2 Ое. Удельное сопротивление сравнительно невелико,
порядка 0,1—0,2 2^^-.
Поэтому в качестве материала для сердечников широко
применяется сплав железа с кремнием, удельное сопроти-
„ г ~ шш2
вление которого гораздо выше — до 0,5 2---•, а магнитные
45
свойства примерно одинаковы. Железо с примесью кремния
называется легированным или трансформаторным.
В последние го^ы были разработаны материалы, имеющие
очень высокую начальную проницаемость, т. е. сильно намаг-
ничивающиеся уже в очень слабых полях. Коэрцитивная
сила этих материалов очень мала — примерно 0,05 Ое, макси-
мальная проницаемость составляет 50000—100000 и у неко-
торых достигает 600000. Они известны под различными
фирменными наименованиями: „пермаллой", „гайперник“,
„муметалл“ и т. д. и являются сплавами никеля с железом
(с некоторыми другими примесями). Содержание никеля
обычно от 50 до 78%.
Материалы эти позволяют производить намагничивание
сердечников электромагнитов очень малыми токами с нич-
тожной затратой энергии.
§ 21. Изоляционные материалы. Изоляционные мате-
риалы должны соединять высокую прочность на пробой
и высокое сопротивление с неизменяемостью во времени,
механической прочностью, теплостойкостью, негигроско-
пичностью, хорошей обрабатываемостью и дешевизной.
Всей совокупности этих требований не удовлетворяет ни
один из существующих диэлектриков. В - зависимости от
условий каждого конкретного случая приходится выбирать
самый подходящий по своим свойствам материал. Ниже
мы рассмотрим наиболее употребительные в приборострое-
нии электроизоляционные материалы.
Дерево. Дерево не отличается высокими изолирую-
щими и механическими свойствами и потому в настоящее
время применяется довольно редко, несмотря на его деше-
визну. Дерево мало теплостойко и очень гйгроскопично;
свойства его сильно изменяются в зависимости от содер-
жания влаги.
Один из наиболее часто встречающихся случаев исполь-
зования дерева — это корпусы переносных приборов.
Эбонит. Содержит примерно 70% каучука и 30% серы.
После полировки, которой он хорошо поддается, отличается
высоким поверхностным сопротивлением до 1016 2/сш, по-
чему применяется в лабораторных приборах, особенно ма-
газинах сопротивления и мостах. Эбонит выдерживает
большие электрические напряжения в 10—50 kV/mm.
Механическая прочность эбонита невелика. Он не может
применяться при повышенных температурах (свыше 40—
50° С) вследствие малой теплостойкости.
Под воздействием света из эбонита выделяется сера,
так что поверхность его из блестящей черной со временем
становится грязножелтой. Поверхностное сопротивление
46
такого эбонита резко падает, особенно при влажном воз-
духе. Поэтому эбонит нужно защищать от действия света.
Гэтинакс. Изготовляется горячей прессовкой сложен-
ных в стопку листов бумаги, пропитанных бакелитовым
лаком.
Бакелитом называется искусственная изоляционная смола,
изготовляемая из смеси формалина с карболовой кислотой.
При нагревании, в данном случае при горячей прессовке,
бакелит изменяет свою молекулярную структуру и стано-
вится твердым негорючим веществом с высокими изоли-
рующими свойствами.
Имея несколько меньшее поверхностное сопротивление
порядка 1011 2/сш и прочность на пробой, ч.ем эбонит, гэти-
накс обладает гораздо лучшими механическими свойствами.
Теплостойкость его гораздо выше (примерно до 120° С).
Гэтинакс хорошо обрабатывается режущими инструментами.
Указанные свойства'обеспечили гэтинаксу широкое при-
менение.
Полученный аналогичным путем материал, но изгото-
вленный из слоев тонкой материи, называется текстоли-
том. Он отличается большей механической прочностью,
чем гэтинакс. '
Гэтинакс и текстолит изготовляются в виде листов, а
также в виде труб.
Эксцельсиор. Под этим наименованием известна тон-
кая ткань (льняная, хлопчатобумажная или шелковая), про-
питанная желтым масляным лаком. Отличается высоким
сопротивлением на пробой — до 50 kV/mm. Часто приме-
няется для изоляции катушек, для изготовления тонких
изоляционных прокладок.
При монтаже проводов внутри приборов широко при-
меняются экспельсиоровые трубки (стерлинг-шланг).
Пластические массы. Пластические массы завое-
вали в последние годы исключительно широкое применение
в приборостроении. Быстрое внедрение их объясняется,
наряду с высокими электрическими и механическими свой-
ствами, простотой, удобством и быстротой изготовления
из них деталей, даже очень сложной конфигурации. Детали
изготовляются прессовкой из порошкообразной массы, они
имеют гладкую, блестящую, как бы полированную поверх-
ность и не требуют последующей^обработки. Размеры де-
талей при прессовке выдерживаются с большой точностью.
В детали могут быть запрессованы металлические части, на-
пример контакты.
Материалов для пластических масс имеется чрезвычайно
большое количество.
47
Наиболее распространенным у нас является карболит
и подобные ему бакелит и редманол. Порошкообразная
масса изготовляется из бакелитовой (карболитовой) смолы
с волокнистым веществом (например целлюлозой) и напол-
нителем (например каолин). Прессовка производится на
горячих прессах.
Пластмассы обладают высоким объемным (IO10—1013 2 ст)
и поверхностным (10й—1014 2/ст) сопротивлением. Пробив-
ное напряжение велико, примерно 15—40kV/mm.
Плотность пластмасс мала, примерно 1,2—1,4 G/cm3. Те-
плостойкость довольно значительна, обычно 100—-120° С.
При относительно большой твердости пластмассы отли-
чаются хрупкостью, особенно при небольших толщинах,
что не позволяет изготовлять из них очень тонких дета-
лей и частей.
ВНЕШНЕЕ ОФОРМЛЕНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
§ 22. Щитовые приборы. Корпус прибора должен предо-
хранять нежный и хрупкий измеряющий механизм от меха-
нических повреждений и попадания пыли. В некоторых
случаях к корпусу предъявляются дополнительные требо*
вания в этом отношении: например, он должен защищать
механизм от попадания воды.
Оформление корпуса обычно сильно разнится в зависи-
мости от того, предназначается ли прибор для стационар-
ного монтажа, или он должен быть переносным.
Корпусы стационарных (щитовых) приборов обычно из-
готовляются из металла, чаще всего из железа, которое
к тому же защищает механизм от действия внешних маг-
нитных полей. В последнее время корпусы стационарных
приборов, особенно малого габарита, часто изготовляются
из пластмассы.
Наиболее распространенная форма корпуса щитового
прибора — цилиндрическая круглая.
В зависимости от предполагаемого монтажа щитовых
приборов они разделяются на выступающие (рис. 22)
и утопленные (рис. 23). Выступающие приборы укре-
пляются на щите цоколем, утопленные крепятся в прорезе
щита так, что щкала их находится на одном уровне с пло-
скостью щита. Монтаж утопленными приборами красивее,
но он ослабляет щит и обходится дороже.
Размеры щитовых приборов для облегчения монтажа
и лучшего вида распределительного щита со многими при-
борами стандартизуются. У нас в СССР приняты следующие
диаметры цоколей: 225 mm, 185 mm и 135 mm. Диаметры
меньших приборов прка не стандартизованы.
48
Количество приборов, устанавливаемых на щитах совре-
менных электростанций, чрезвычайно велико. Между тем,
чтобы для ртсчета пока-
Поэтому
необходимо
размер щита должен быть таков,
заний любого из приборов не
приходилось^переходить с места
на место.
круглый
Рис. 22. Выступающий
прибор.
Рис. 33. Утопленный круглый
прибор.
уменьшйть площадь, занимаемую прибором на плоскости
щита, не сокращая в то же время длины шкалы, чтобы
не затруднить отсчетов и не
понизить точность их.
Более выгодное использо-
вание щита, чем круглые при-
боры, дают прямоугольные и
особенно профильные при-
боры.
Экономия места, получае-
мая при прямоугольных кор-
пусах, видна на рис. 24. Она
получается за счет криволи-
нейных четырехугольников,
остающихся неиспользованны-
ми между круглыми прибора-
ми. Внешний вид прямоуголь-
ного прибора изображен на
рис. 25.
Весь механизм профиль-
ных приборов расположен за
Рис. 24. Сравнение монтажа круг-
лых и прямоугольных приборов.
щитом: в плоскости же щита находится только шкала
(рис. 26). Профильный прибор, очевидно, дает наилучшее
возможное использование площади щита.
4 Зак. 3924. — Электроизмерительная техника.
49
Ось подвижной части профильного прибора, в отличие
от всех остальных типов, параллельна плоскости шкалы.
Эта особенность их иногда имеет важное значение. Шкала
щитовых прйборов, для удобства отсчета на расстоянии,
почти, всегда располагается вертикально. Следовательно,
ось не профильного щитового прибора горизонтальна, и
лишь в профильном приборе ось может быть сделана так-
же вертикальной, что необходимо для уменьшения трения.
Высокочувствительные щитовые приборы могут быть толь-
ко профильными, так как их вращающий момент слишком
мал по сравнению с моментом трения при горизонтальной
оси.
Параллельность оси и шкалы, наряду с указанными пре-
имуществами, имеет и недостаток: конец стрелки переме-
Рис. 25. Прямоугольный
прибор.
Рис. 26. Профильные приборы.
щается по окружности, и шкалу приходится делать выпук-
лой (рис. 26,а). Отсчет показаний по такому выпуклопро-
фильному прибору затруднен, так как у краев шкалы луч
зрения не перпендикулярен шкале, если наблюдатель зани-
мает нормальное положение прямо против прибора.
Трудность* отсчета устранена в тех плоскопрофильных
приборах (рис. 26,Ь), у которых стрелка соединена с осью
шарнирным механизмом, преобразующим вращательное дви-
жение в поступательное. Передающий механизм, однако,
сильно удорожает прибор и повышает трение в нем.
§ 23. Гигантские приборы., Машинные залы современ-
ных электростанций достигают очень больших размеров, и
обслуживающему персоналу необходимо делать отсчеты
по приборам, находясь на расстоянии нескольких десятков
метров от них. В этих случаях применяются, так называе-
мые, гигантские (рис. 27) приборы, длина шкалы которых
составляет, обычно, 1—3 т. Очевидно, невозможно по-
строить прибор, имеющий металлическую стрелку соответ-
50
ствующей длины. Указателем в гигантских приборах слу
жит или световой луч, отбрасываемый на шкалу от
Рис. 27. Гигантские приборы.
зеркала
способу)
на подвижной части (аналогично описанному в § 15
или двухцветная лента, приводимая в - движение
электродвигателем, управ-
ляемым измеряющим меха-
низмом.
§ 24. Переносные при-
Рис. 28. Переносный прибор
в деревянном -корпусе.
боры. Лабораторные и кон-
Рис. 29. Переносный прибор в кор-
пусе из пластмассы.
трольные приборы всегда делаются переносными, что отли-
чает их по внешнему выполнению от стационарных приборов.
Раньше эти приборы помещались в прямоугольные дере-
вянные, иногда частично металлические корпусы. Типич-
4!: 51
ный представитель таких переносных приборов изображен
на рис. 28. В последнее время корпусы переносных прибо-
ров чаще изготовляются' из пластмассы (рис. 29).
ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫМ
ПРИБОРАМ
§ 25. Классификация приборов по системам. В зависи-
мости от того, какое проявление электрического тока или
напряжения положено в основу того или иного измеритель-
ного прибора, все измерительные приборы делятся на ряд
систем. Системы отличаются друг от друга той закономер-
ностью, которая характеризует данный прибор. Так, если
прибор основан на взаимодействии электрического тока
с магнитным полем постоянного магнита, то такой прибор
следует отнести к приборам магнитоэлектрической системы.
В настоящее время принято различать следующие основ-
ные системы измерительных приборов:
1) магнитоэлектрическая,
2) электродинамическая и ферродинамическая,
3) электромагнитная,
4) тепловая,
5) электростатическая,
6) термоэлектрическая,
7) детекторная,
8) электронная,
9) индукционная,
10) электролитическая,
11) вибрационная,
12) фотоэлектрическая.
Ниже (см. гл. II) описаны" устройство и свойства основ-
ных систем измерительных приборов.
§ 26. Основная погрешность и деление приборов на
классы. Условия эксплоатации выдвигают ряд требований,
которым должен удовлетворять электроизмерительный при-
бор. Правильное установление этих требований чрезвычайно
цажно, так как недостаточно жесткие требования могут
сделать измерительный прибор вообще бесполезным, а чрез-
мерные требования, если они даже и выполнимы, поведут
к значительному неоправданному вздорожанию прибора.
Кроме того, повышенное требование в отношении одних
свойств прибора приводит к ухудшению его в других отно-
шениях. С течением времени практика выработала техни-
ческие условия, которым должны удовлетворять измеритель*
ные приборы в различных условиях эксплоатации. Эти тех-
нические требования для нормальных, наиболее распростра-
ненных случаев эксплоатации в большинстве стран зафикси-
52
рованы в виде национальных или международных технических
условий на электроизмерительные приборы; в частности
в СССР действует специальный стандарт ОСТ 5236.
Ввиду особой важности требований стандарта, дающих
полную характеристику свойств приборов, мы рассмотрим
их далее подробно.
Погрешность прибора всегда указывается в процентах
от наибольшего показания прибора или от суммы наиболь-
ших показаний, если нуль шкалы находится не с краю ее,
независимо от того,' для какой точки шкалы погрешность
подсчитывается. Определенная таким образом погрешность
называется приведенной.
Принятый способ определения погрешности прибора,
с одной стороны, облегчает и упрощает подсчет ее, с дру-
гой стороны, учитывает особенности ряда погрешностей
прибора, которые одинаковы по абсолютной величине для
всех точек шкалы (например, погрешность от трения).
- Приведенная погрешность характеризует точность при-
бора; ее не следует смешивать с относительной погреш-
ностью измерения (§ 4), подсчитываемой относительно дан-
ной измеряемой величины.
ОСТ 5236, в зависимости от величины погрешности,
делит приборы на три класса, первый из которых распа-
дается на два подкласса. Допустимые погрешности для
приборов различных классов приведены в таблице 1.
ТАБЛИЦА 1
ПРИБОРЫ I класс II класс III класс
Подкласс: лаборатор- ные при- боры Л Подкласс: контроль- ные при- борй К Техниче- ские при- боры Т Приборы указате- ли У
Вольтметры магнитоэлектри- ±0.2% ±0,3% ±1,0%
ческой системы ‘±2,0%
Вольтметры других систем . . ±0,3% ±О,5о/о ±2,0% ±4.0%
Амперметры магнитоэлектри- ±0,3% ±1,0% ±2.0%
ческой системы ±0,2%
Амперметры других систем . . ±0,4% ±0,6% ±2,0% ±4.0%
Ваттметры ±0.3% ±0.5% ±2,0% —
Таблица погрешностей довольно сложна, так как приборы
одного, и того же класса могут иметь различные погреш-
ности, в зависимости от системы и измеряемой величины.
Международные технические условия предусматривают
одинаковую погрешность для всех приборов данного класса,
что облегчает пользование ими. Они устанавливают следую-
щие допустимые погрешности: 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5%.
Величина погрешности приборов ограничивается только
в рабочей части шкалы, которая при неравномерной шкале
начинается от 25% предела измерений. При равномерной
шкале вся длина ее ^считается рабочей (цо ОСТ 5236
у приборов II и III классов первые 10% шкалы считаются не-
рабочей частью). В остальной части шкалы, называемой
нерабочей, погрешность может быть больше предусмотрен-
ной стандартом.
Погрешность прибора, как указывалось, считается от
предела измерения, следовательно, для начальных точек
шкалы погрешность измерения, подсчитываемая от данной
величины, может быть очень большой. Поэтому никогда
не следует пользоваться для сколько-нибудь ответственных
измерений первой третью или даже первой половиной шкалы.
Указанные в таблице погрешности прибор имеет при
наиболее благоприятных условиях работы; они назы-
ваются основными. Влияние различных внешних факторов
может создать дополнительные погрешности, величина
которых также устанавливается стандартами.
§ 27. Влияние внешних факторов. На показания измери-
тельных приборов влияют следующие внешние факторы:
1) изменение температуры окружающей среды, 2) изменение
частоты переменного тока, 3) внешние магнитные поля
и 4) механические сотрясения. Кроме того, оказывают влия-
ние следующие второстепенные факторы: 1) форма кривой
измеряемого тока, 2) внешние электрические поля, 3) влаж-
ность окружающей среды и др.
Изменение температуры влияет на сопротивления, по-
мещенные в корпусе прибора, и поэтому в некоторых
случаях может вызвать значительные погрешности. Обычно,
в приборах предусматриваются приспособления для умень-
шения этой погрешности. ОСТ 5236 допускает увеличение
основной погрешностИ'при изменении температуры на 10° С;
допустимые изменения погрешности приведены в таблице 2.
ТАБЛИЦА 2
Наименование приборов I кл. II кл. III кл.
Амперметры Вольтметры Ваттметры 0,5% 0,5% 0,3% 2,0% 2,0% 2.0% 3,0% 3,0%
54
Некоторые типы приборов могут работать только при
той частоте, при которой они градуировались. Всякое
изменение частоты в таких случаях может вызвать до-
полнительную погрешность, величина которой не всегда
окажется допустимой. Поэтому ОСТ 5236 требует, чтобы
влияние изменения частоты не превышало величин, указан-
ных в таблице 3.
ТАБЛИЦА 3
• Класс и система приборов Изменения частоты в процентах от номинальной Наибольшее уве- ‘ личение погреш- ности в процентах
Приборы I кл. электродина-
мической системы . . • . ±: 10 0,1
Приборы I кл. прочих си-
стем ±2 20 0,3
Приборы II кл ±2 5 1,2
Приборы III кл. ..... . ±2 5 2,5
. В отношении влияния внешних магнитных полей ОСТ
требует: „Внешнее магнитное поле напряженностью в 5 Ое
не должно вызывать изменение показаний прибора больше,
чем на 3%. Для приборов переменного тока поле должно
быть также переменным, той же частоты. Направление поля
и его фаза должны быть выбраны так, чтобы создать
наибольшее влияние на прибор".
Предусмотренная стандартом напряженность испыта-
тельного поля достаточна для-гарантирования удовлетвори-
тельной работы прибора в нормальных условиях, если
прибор не ставится очень близко от.шли с током. Лишь
при наличии очень сильных токов, например на электро-
химических заводах, приходится считаться с влиянием боль-
ших полей.
' Влияние внешнего магнитного поля значительно умень-
шается применением, железных экранов. Роль такого экрана,
хотя сравнительно слабого, выполняет также железный
кожух Щитовых приборов.
Влияние других внешних факторов, как то: напряжения,
угла сдвига фаз и др., мы здесь не будем рассматривать,
так как оно возможно только у некоторых приборов.
Помимо величин погрешностей, стандарт устанавливает
определенные требования к некоторым другим свойствам
приборов, важнейшие из которых мы разберем далее.
§ 28. Уравновешение. Показания прибора не,должны по
возможности зависеть от его геометрического положения.
55
Этому требованию могут в полной мере отвечать только
приборы с подвижной частью, укрепленной на кернах. Для
выполнения его необходимо, чтобы центр тяжести подвиж-
ной части лежал на оси вращения, т. е. чтобы подвижная
часть находилась в безразличном положении равновесия.
Если это требование не будет выполнено, то сила тяжести
при некоторых положениях будет создавать дополнитель-
ный момент, который исказит показания прибора.
Подвижную часть каждого прибора приходится во время
изготовления уравновешивать индивидуально. Производится
• эта операция при помощи
Л/ грузиков, передвигаемых по
Т ''Противовеса! стерженькам, скрепленным
с осью (Рис- 30).
! Технические приборы
рса__обычно могут работать при
любом положении шкалы,
J лабораторные—только при
i горизонтальной шкале. При
ft I вертикальной шкале ось
прибора была бы горизон-
’ тальна, и трение достигло
I бы величины недопустимо
I большой для точного при-
бора. Приборы, предназна-
ченные для работы при
определенном положении
Рис. 30. Противовесы. шкалы, но не имеющие
уровня, должны давать при
наклоне на'5° изменение показаний не более приведенных
в таблице 4.
§ 29. Время успокоения. Время, протекшее от момента
включения прибора до момента, начиная с которого стрелка
его не удаляется от своего положения равновесия на рас-
стояние, превышающее 1% от длины шкалы, должно быть
не больше указанного в таблице 5.
Класс
I
II
III
ТАБЛИЦА 4
Изменение
'показаний в %
ТАБЛИЦА 5
Класс Время успокоения
приборов < в секундах
I
II
III
4
5
6
56
Значительная часть приборов, особенно магнитоэлектри-
ческой системы, имеет еще меньшее время успокоения, по-
рядка 2—3 секунд.
§ 30. Перегрузочная способность. Измерительным при-
борам, главным образом включаемым в цепь последовательно
(например амперметрам), нередко приходится выдерживать
значительные перегрузки, при которых прибор не должен
быть поврежден. Следует различать динамическую и тер-
мическую устойчивость при перегрузке.
Под динамической устойчивостью подразумевается спо-
собность прибора .противостоять механическим усилиям,
возникающим при перегрузке. Наиболее слабым местом
прибора оказывается обычно стрелка, которая гнется при
перегрузке. Для^ослабления удара стрелки на неподвижных
частях прибора закрепляются пружинящие упоры.
Термической устойчивостью прибора назы-
вается способность выдерживать повышение температуры,
получающееся при перегрузке.
Наименее устойчивыми обычно оказываются пружинки,
по которым идет ток, и изоляция проволок на катушках
в приборе.
Термическая устойчивость проверяется по ОСТ 5236
перегрузкой на 20% в течение 45 минут, динамическая (и
одновременно термическая)—десятикратными перегрузками
малой длительности (от 1 до 5 секунд).
z § 31. Прочность изоляции. Все доступные прикоснове-
нию части корпуса прибора должны быть надежно изоли-
рованы от токоведущих частей. Этим устраняется опасность
для обслуживающего персонала и возможность замыканий
на землю.
Изоляция каждого прибора должна быть проверена
приложением повышенного против нормального напряже-
ния между корпусом и соединенными вместе зажимами.
Испытательное напряжение должно превышать рабочее вдвое
и еще на 1000 V. При низких рабочих- напряжениях (до
501 V) запас берется больше и испытательное напряжение
превосходит рабочее в 4—10 раз.
Для полной гарантии от пробоя требуется кроме того,
чтобы расстояния между токонесущими деталями и изоли-
рованными металлическими частями корпуса не были мень-
ше определенных величин. Эти расстояния устанавливаются
отдельно по воздуху (разрядные расстояния) и по поверх-
ности изоляции (пути утечки), причем учитывается некото-
рое возможное ухудшение изоляции со временем, вследствие
загрязнения ее, особенно изоляции, находящейся снаружи
.корпуса.
57
§ 32. Маркировка приборов. Наиболее важные сведения
о приборе должны быть всегда известны пользующемуся им.
Поэтому они должны быть нанесены на самом приборе,
чтобы быть доступными для справок в любой момент. По
ОСТ Л 5236 на лицевой стороне прибора (обычно на его
шкале) обозначаются: 1) марка прибора, 2) заводский номер
прибора, 3) ОСТ 5236, 4) сокращенное обозначение единиц
измеряемой величины, 5) класс прибора, 6) условное обоз-
начение рода тока, 7) условное обозначение системы при-
бора, 8) условное обозначение испытательного напряжения
изоляции, 9) нормальное положение прибора, если таковое
имеет значение, 10) для приборов переменного тока не-
стандартной частоты—обозначение частоты или ее пределов,
при которых гарантируется точность показаний прибора.
Указанные условные обозначения приведены в приложе-
нии (см. в конце книги).
ВОПРОСЫ для ПОВТОРЕНИЯ
1. Что называется измеряющим механизмом?
2. Каково основное условие равновесия подвижной части
измерительных приборов?
3. Как влияет на показания прибора трение в опорах?
4. Для чего нужны успокоители и как они действуют?
5. Что такое противодействующий момент и как он со-
здается?
6. Как изменится противодействующий момент подвеса,
если его укоротить?
7. Что такое погрешность и поправка?
8. Что такое относительная погрешность и чем она отли-
чается от приведенной?
- 9. Что такое опрокидывание и как оно влияет на показа-
ния приборов?
10. Что называется погрешностью от параллакса?
11. Что такое манганин и константан?
12. Что такое гэтинакс и каковы его свойства?
13. Почему под действием света эбонит желтеет?
14. Как изготовляются детали из пластических масс?
15. Чем отличается сплав пермаллой от других ферромагнит-
ных материалов?
16. Какими величинами характеризуется всякий ферромагнит-
ный материал?
17. Чго такое магнитная проницаемость?
ГЛАВА II
СИСТЕМЫ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
ПРИ БОРЫ'МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
§ 33. Принцип действия и устройство. Приборы магнито-
электрической системы основаны на взаимодействии магнит-
ного потока постоянного
обмотке подвижной ка-
тушки, помещенной в этом
поле.
Устройство прибора
магнитоэлектрической си-
стемы показано"на рис. 31.
К концам постоянного
магнита А прикреплены
полюсные наконечники
из мягкого железа. Между
ними неподвижно укреп-
лен железный сердечник
цилиндрической фор-
мы, служащий для соз-
дания в воздушном за-
зоре, образованном по-
люсными наконечниками
и сердечником, однород-
ного и радиального поля.
В воздушном зазоре мо-
жет свободно поворачи-
ваться на оси С катушка В,
охватывающая железный
сердечник. Катушка со-
стоит из алюминиевого
магнита и тока, проходящего по
Рис. 31. Схематическое устройство при-
бора магнитоэлектрической системы.
каркаса прямоугольной формы, на которой намотана тонкая
изолированная медная проволока. На оси Сукреплена стрелка
5, конец которой перемещается над шкалой с делениями.
Вращающий момент создается благодаря взаимодействию
тока, проходящего по обмотке катушки, и магнитного пото-
59
ка в воздушном зазоре магнита. Под действием этого вра-
щающего момента подвижная часть прибора стремится
вращаться вокруг оси.
Противодействующий момент создается двумя спираль-
ными пружинками Е, которые одним концом прикреплены
к оси, а вторые их концы закреплены на неподвижных
частях прибора. Через
эти же пружинки под-
водится ток к катушке.
Поводок М, к которому
прикреплен конец верх-
ней пружины, предна-
значен для установки
стрелки на нуль. Гру-
зики/5 служат для ура-
вновешивания подвиж-
ной части прибора-
Для вывода уравне-
ния зависимости угла
отклонения от тока,
проходящего через ка-
тушку, изобразим схе-
матически (рис. 32) на-
правление силовых ли-
ний магнитного поля и
направление тока к ка-
тушке.
Обозначим плот-
ность магнитного по^
тока в зазоре через Во,
а силу тока в рамке
через /. Крестомфобо-
значено направление
тока в катушме от нас
за плоскость чертежа, а точкой — направление тока на нас.
По закону Био и Савара сила взаимодействия между маг-
нитным потоком и током, проходящим по проводнику дли-
ною /, выражается так:
F = BJ • vol sin ( Z SqZ),
где vo— число витков,
I — длина вертикальной стороны катушки.
Очевидно, горизонтальные стороны катушки не создают
силы, так как эти стороны не пересекаются силовыми ли-
ниями и для этих сторон: sin(ZBoO = 0. Не трудно видеть,
что для проводников вертикальных сторон катушки угол
60
между проводниками и направлением силовых линий пря-
мой, и следовательно sin(Z#oO=l- Тогда выражение для
силы F принимает более простой вид:
F — BJwl.
Есди -все величины, входящие в формулу, выражены
в абсолютных единицах, то сила F получится в динах. Сида
всегда перпендикулярна силовым линиям и току; направле-
ние ее легко определить по правилу левой руки.
Такая же сила F действует, очевидно, и на другую вер-
тикальную сторону катушки, но направлена в другую сто-
рону. В результате получаем пару «ил, приложенную к
подвижной катушке, под действием, которой она будет
стремиться повернуться вокруг вертикальной оси. Благо-
даря тому, что поле в воздушном зазоре радиальное,
сила Сбудет в любом положении катушки перпендикулярна
плоскости катушки. Тогда момент этой пары сил, иначе
вращающий момент, будет:
D = F • a [dn X cm],
где а — длина горизонтальной стороны катушки, являю-
щейся плечом пары.
Следовательно
D — BQIwla.
Заменяя la —s, где s — площадь катушки, получим;
D = BqWsI. (2)
Если силу тока выразить в амперах, а силу F—в грам-
мах, то окончательно:
р. BQlws .
D — 981-10 [GXCtn]-
Противодействующий момент, создаваемый спиральными
пружинами, пропорционален углу закручивания пружинки
(СМ. § 12):
M=W1*. (3)
где WZ,— удельный противодействующий момент в грамм-
сантиметрах на 1° отклонения,
а — угол отклонения в градусах.
Подвижная катушка будет поворачиваться до тех пор,
пока противодействующий момент, увеличиваясь с углом
отклонения, не станет равным вращающему. Тогда для уста-
новившегося отклонения будем иметь:
D==M.
61
Подставляя выражение для D и М из уравнений (2)
(3), находим:
Рис. 33. Детали магнитоэлектрического прибора.
Отсюда
где
1=Са,
9810 UZj
Bows
(4)
Рис. 34. Магнитоэлектрический при-
бор Кэмбриджской компании с круг-
лой катушкой.
Рис. 35. Подвижная часть маг-
нитоэлектрического прибора
Кэмбриджской компании.
Величина С называется постоянной прибора и предста-
вляет собой цену одного деления, если а выражено в деле-
ниях.
62
На рис. 33 показаны отдельные детали магнитоэлектри-
ческого прибора. В подвижной части В пружинки F распо-
ложены: одна сверху, а другая снизу катушки. Такое распо-
ложение упрощает изоляцию одной пружинки от другой.
Буквой Т обозначена обойма, к которой крепится сверху
мостик R с верхним подпятником для оси и корректором
для установки на нуль.
На рис. 34 представлена оригинальная конструкция фирмы
Кэмбриджской компании с шаровидным сердечником и круг-
лой катушкой. Подобная форма катушек являете^ наивыгод-
нейшей с точки зрения получения большего вращающего
момента при меньшем весе катушки. Последняя крепится
только на одной опоре — острие (рис. 35), которое покоится
на подпятнике, помещенном внутри шарового железного
сердечника.
§ 34. Свойства и область применения. Из уравнения (4)
видно, что шкала магнитоэлектрического прибора равно-
мерна, т. е. равным приращениям силы тока соответствуют
равные приращения угла отклонения, что является большим
преимуществом приборов этой системы. Магнитоэлектриче-
ские приборы 1 пригодны для измерений только на постоян-
ном токе, так как при изменении направления тока в катушке
изменится направление вращающего момента, и стрелка
отклонится в обратную сторону. При включении прибора
в цепь переменного тока, например частотой 50 Hz, под-
вижная часть должна была' бы отклониться в соответствии
с направлением тока в каждый данный момент времени, но
вследствие своей инерции она не будет успевать за быстрыми
изменениями тока и останется в нулевом положении, обна-
руживая едва заметное дрожание стрелки. При включении
магнитоэлектрического прибора в цепь постоянного тока
должно быть соблюдено определенное направление тока
в катушке. Согласно ОСТ 5236 магнитоэлектрические при-
боры должны иметь на своих зажимах обозначения-{-(плюс)
и — (минус). Знак + ставится у правого зажима, если
смотреть на прибор со стороны шкалы. К этому зажиму,
при включении прибора в цепь, должен быть приключен
провод от положительного зажима источника тока. Для
приборов с двухсторонней шкалой этому обозначению зажи-
мов соответствует правая часть шкалы.
Успокоение подвижной части прибора достигается взаимо^
действием токов, индуктируемых в алюминиевом каркасе
катушки при движении ее в магнитном поле постоянного
1 За исключением некоторых специальных приборов, напримф
вибрационных гальванометров (см. § 57).
63
магнита, с потоком постоянного магнита. Время успокоения
магнитоэлектрических приборов редко превышает 2—3 сек.
Магнитоэлектрические приборы являются самыми точны-
ми и чувствительными приборами из всех существующих
систем приборов с непосредственным отсчетом. Наиболь-
шая чувствительность, достигаемая в настоящее время,
составляет 10 при длине деления шкалы порядка 1 mm.
Основная погрешность (см. § 26) магнитоэлектрических
приборов tie -превосходит ± 1% для приборов II класса,
0,5% Для приборов I класса, подкласса К и 0,2% для при-
боров I класса, подкласса Л.
Непосредственно через обмотку катушки можно про-
пускать лишь небольшую силу тока. Через обмотку ампер-
метров обычно пропускается ток порядка 25—30 mA, а через
обмотку вольтметров 3—10 mA; падение напряжения в обмот-
ке катушки вольтметров не превосходит обычно 0,5V. Для
увеличения предела измерения магнитоэлектрических при-
боров применяются шунты (для амперметров) (см. § 80)
и добавочные сопротивления (для вольтметров) (см. § 84).
Потребление мощности у магнитоэлектрических приборов
очень мало. Для вольтметров потребление мощности опре-
деляется выражением:
где 1п — ток, соответствующий номинальному показанию
вольтметра,
U— номинальное напряжение для прибора.
Таким образом, для вольтметра, например на 300 V, ток
полного отклонения составляет 3—10 mA, что соответствует
потреблению мощности 0,9—.3 W. Для амперметров, соответ-
ственно’ имеем
где Un — падение напряжения на зажимах прибора,
I — номинальная сила тока.
Обычно % находится в пределах 45—60 mV, следова-
тельно, потребление мощности, например у амперметра на
5 А, составляет 0,22 — 0,3W.
На показания магнитоэлектрических приборов могут
влиять внешнее магнитное поле и изменение температуры
окружающей среды.
Внешнее магнитное поле изменяет плотность магнитного
цотока в воздушном зазоре и, тем самым, изменяет пока-
зания магнитоэлектрических приборов. Влияние внешнего
64
поля в магнитоэлектрических приборах незначительно бла-
годаря довольно большой плотности магнитного потока
(500—1500 Gs) в воздушном, зазоре самого прибора. Кроме,
того, часто приборы, особенно щитового типа, имеют желез-
ный кожух, выполняющий роль магнитного экрана, защищаю-
щего измерительный механизм от внешних магнитных полей.
Влияние изменения температуры окружающей среды
сказывается на изменении сопротивления прибора, измене-
нии плотности ма?нитного‘ потока и изменении упругих
свойств пружинок. Последние два обстоятельства при-
мерно компенсируют друг друга, так как магнитный поток,
уменьшаясь с увеличением температуры, уменьшает вра-
щающий момент, примерно, в такой же степени, в какой
уменьшается с увеличением температуры противодействую-
щий момент пружинок. Что же касается изменения сопроти-
вления прибора, обусловленного изменением температуры,
то для вольтметров оно очень незначительно, ибо большая
часть сопротивления прибора составляет добавочное сопро-
тивление из манганиновой проволоки (см. § 19), обладающей
температурным коэфициентом, практически равным 0. У ам-
перметров с шунтом, если не делать искусственной схемы,
зависимость показаний от температуры может быть весьма
значительной (см. § 81). Вопрос о температурной погреш-
ности и компенсации ее подробно разобран в §§ 81 и 85.
ПРИБОРЫ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
§ 35. Принцип действия и устройство, Приборы электро-
динамической системы основаны на взаимодействии тока,
протекающего по одной из катушек (подвижной), с магнит-
ным потоком, создаваемым током, проходящим по другой
катушке (неподвижной). На рис. 36 схематически изобра-
жено устройство электродинамического прибора с круглыми
катушками. Неподвижная катушка состоит из двух одина-
ковых половин А; между ними проходит ось С, на кото-
рой закреплена подвижная катушка В, стрелка S и кры-
ло т воздушного успокоителя. Ток в подвижную катушку
подводится при помощи двух спиральных пружин, так же,
как в магнитоэлектрическом приборе, которые служат и для
создания противодействующего момента. При прохождении
тока по обеим катушкам подвижная катушка стремится
повернуться и занять такое положение, при котором потоки,
создаваемые неподвижной и подвижной катушками, совпа-
дали бы по направлению. .
Изобразим схематически катушки электродинамического
прибора и направление токов в них так, как это показано
5 Зак. 3924. — Электроизмерительная техника. • . 65
на рис. 37. Крестиками обозначено направление тока от нас
за плоскость чертежа, а точками — обратное направление.
Неподвижные катушки создают практически равномерное
магнитное поле, напряженность которого можно подсчитать
по следующей формуле (для круглого соленоида):
Н == 4'7-4@4 = 2~ZA (5)
Рис. 36. Схематическое устрой-
ство прибора электродинамиче-
ской системы.
Рис. 37. Принцип действия при-
бора электродинамической си-
стемы.
где 1А—сила тока в неподвижной катушке,
wA— число витков неподвижной катушки,
А и гА — размеры, указанные на рис. 37.
Взаимодействие магнитного потока неподвижной катуш-
ки и тока в подвижной катушке создает силы F и вращаю-
щий момент, который выразится, как и у магнитоэлектри-
ческих приборов (см. § 33), уравнением:1
D = HsBwJ„ (6)
Jo И D) х '
где /в, sB — сила тока, число витков и площадь под-
1 Так как неподвижные катушки Создают практически радиальное
поле, то sin (//, /в)^1.
66
вижной катушки. Подставляя в выражение (6) значение Н
из уравнения (5), получим:
/Л2-Ьга2
Если выразить площадь sB через №в, гв и гА в санти-
метрах и силу тока в амперах, то окончательно получим:
n 2~2r 2® . wBIAIв
D =----------—Ar B Ав [G X cm].
981 • 100 КД2 + га2
(7)
Противодействующий момент в электродинамических
приборах, как указано выше, создается пружинками и, сле-
довательно, пропорционален углу отклонения подвижной
катушки [см. уравнение (3)]:
7И=Г1а,
где — удельный противодействующий момент.
Для установившегося отклонения подвижной катушки,
когда вращающий момент уравновешивается противодей-
ствующим моментом, имеем:
D = M
или
2тг2Г 2W W I I
---------------------в— uz.a,
981 • loo Vifi+4
откуда
a = CZA/B, (8)
где
с 2^b2wa^b
98100 W У^-{-гА9
Электродинамические приборы устраиваются также
с прямоугольными катушками. В этом случае выражение (6)
для вращающего момента также остается в силе.
Катушки в электродинамических приборах, в зависимости
от назначения прибора, соединяются между собой или после-
довательно, или параллельно. В первом случае (рис. 33,а)
один и тот же ток проходит через обе катушки, т. е.
IA = 1в — 1 и уравнение (8) перепишется в виде:
а = С/2.
При соединении обеих катушек параллельно (рис. 38, Ь,
имеем:
7а_*в
'в “ V
5*
6/
Здесь и Ra—сопротивления подвижной и неподвиж-
ной катушек. Отсюда получаем:
!л — Я* Г — (/ + / )
77+Гв~кл + R„' *~Ял+я„ ( л+ в) ’
Измеряемая сила тока / равна:
^В>
поэтому
Л = kJ>
Рис. 38. Схема соединения катушек электродинамических
амперметров и вольтметров.
где
=____Кв___
Точно так же можно вывести, что
1в — kJ'
Уравнение (8) и в этом случае принимает вид:
а = CkfaP = С.Р.
Последовательное соединение катушек применяется в
вольтметрах (рис. 38,с) и в амперметрах на малые силы тока
(до 0,5 А) (рис. 38,а). Параллельное соединение катушек при-
меняется в амперметрах на силы тока выше 0,5 А (рис. 38,Ь).
68
Иногда в последнем случае применяется также соединение
катушек по схеме рис. 38, d, где подвижная катушка при-
ключается параллельно к сопротивлению /?,• соединенному
последовательно с неподвижной катушкой.
Электродинамические приборы устраиваются также
с прямоугольными катушками. На рис. 39 показан такой
прибор на большую силу тока с неподвижной катушкой,
состоящей из ряда паоаллельно соединенных медных’лент.
Рис. 39. Прибор электродинамической системы
с прямоугольными катушками.
Успокоение у электродинамических приборов воздушное, и
только в экранированных приборах, где катушки защищены
экраном от внешних полей, применяется электромагнитный
успокоитель с постоянным магнитом. Подробнее конструк-
ции электродинамических приборов разобраны в главе об
электродинамических ваттметрах (гл. X).
Лабораторные электродинамические амперметры обычно
изготовляются на два предела измерения, согласно схеме,
изображенной на рис. 40, для амперметра на 0,5 — 1 А. Если
включить штепсель в гнездо, обозначенное 0,5 А, а из осталь-
ных гнезд штепсели вынуть, то, как легко проследить по
69
половин катушки, через весь
0.5 А
схеме, обе половины неподвижной и подвижная катушки
окажутся включенными последовательно. Если же вставить
два штепселя в гнезда, обозначенные 1 А, то обе половины
неподвижной катушки окажутся соединенными параллельно.
При этом последовательно с одной половиной включается
подвижная катушка, а последовательно с другой — экви-
валентное сопротивление /?. Допустим, что обмотка непо-
движной катушки рассчитана на номинальную силу то-
ка 0,5 А, тогда, при последовательном соединении обеих
прибор можно пропустить
ток не больше 0,5 А, между
тем как при параллельном
соединении их через весь
прибор можно пропустить
ток до 1,0 А. Как при после-
довательном, так и при
параллельном соединении
обеих половин катушек
число ампервитков всей ка-
тушки, а следовательно и
вращающий момент оста-
ются одинаковыми. Посто-
янная же прибора при по-
следовательном соединении
будет в два раза меньше,
чем при параллельном. Ниж-
нее гнездо позволяет замк-
нуть накоротко прибор. В
амперметрах на большие
силы тока схема несколько
усложняется вследствие не-
возможности последовательного соединения подвижной и
неподвижной катушек, но и в этом случае два предела
измерения получаются путем переключения обеих половин
неподвижной катушки с последовательного на параллельное
соединение.
Расширение пределов измерения вольтметров осуще-
ствляется при помощи добавочных сопротивлений или
измерительных трансформаторов напряжения (см. § 172).
§36. Свойствам область применения. Электродинамиче-
ские приборы применяются как на постоянном, так и на
переменном токе. При одновременном изменении напра-
вления тока в обеих катушках направление вращающего
момента остается неизменным. При включении электро-
динамического прибора в цепь переменного тока подвиж-
ная катушка вследствие своей инерции не успевает следить
70
Рис. 40. Схема электродинамического
амперметра на два предела измере-
ния: 0,5 — I А. /
за изменениями вращающего момента, и мы будем наблю-
дать некоторое установившееся отклонение подвижной
части прибора, определяемое средним значением вращаю-
щего момента за период. Так как вращающий момент про-
порционален квадрату силы тока, то для того, чтобы опре,-
делить среднее значение вращающего момента за период,
надо взять среднее значение квадратов сил тока за период.
Поэтому среднее значение вращающего момента пропор-
ционально среднему квадратичному силы тока. Но из
теории переменного тока мы знаем, что корень квадратный
из среднего значения квадратов тока за период — это дей-
ствующее значение переменного тока. Следовательно, элек-
тродинамический прибор на переменном токе измеряет
действующее значение переменного тока.
Электродинамические приборы применяются, главным
образом, в качестве лабораторных приборов I класса на
переменном токе и по точности и по чувствительности
лучше приборов всех других систем, применяемых на пере-
менном токе.
Расход мощности в электродинамических амперметрах
составляет, примерно, 5 —10 W, а в вольтметрах с пределом
измерения до 300 V, примерно, 7 —15 W.
На показания приборов электродинамической системы
сильное влияние оказывают посторонние магнитные поля,
так как собственные магнитные поля катушек очень малы.
Если прибор работает на постоянном токе, то влияют маг-
нитные поля только постоянного направления. Переменные
магнитные поля не искажают собственных полей прибора, ра-
ботающего на постоянном токе, так как в течение одного
полупериода внешнее поле усиливает поле неподвижной
катушки на такую же величину, на какую в течение другого
полупериода уменьшает. Если же прибор работает на пере-
менном токе, то, наоборот, постоянные магнитные поля не
влияют на его показания, а переменное поле вносит погре-
шность, зависящую от сдвига в пространстве и во времени
между полем неподвижной катушки и внешним полем. Наи-
большая погрешность будет в том случае, когда сдвиг
между ними равен нулю или 180°.
Для определения наличия погрешности от внешних полей
достаточно изменить направление тока в обеих катушках
(переключить зажимы), не меняя расположения прибора.
Если до переключения внешнее магнитное поле усиливало
собственное поле прибора, то после переключения оно бу-
дет ослаблять его, и наоборот. Естественно что показания
прибора, при наличии внешнего поля, до переключения и
после переключения направления тока в катушках будут
71
различными. Это обстоятельство' и будет свидетельствовать
о наличии внешнего магнитного поля. Для исключения этой
погрешности следует взять в качестве действительного
показания полусумму показаний до и после переключения
зажимов.
Уменьшение влияния внешних полей может быть достиг-
нуто применением магнитных экранов, а также применением
астатических устройств (см. § 136).
Погрешность от изменения температуры окружающей
среды у электродинамических вольтметров незначительна,
ибо добавочное сопротивление из манганина по меньшей
мере в 5—6 раз больше, чем сопротивление медной про-
волоки катушек. У амперметров с параллельным соеди-
нением неподвижной и подвижной катушек температурная
погрешность может быть значительной, так как темпера-
турные коэфициенты обеих параллельных ветвей (рис. 38,b
и- 38,d) могут быть неодинаковыми. Кроме того, у ампер-
метров на большие силы тока может иметь место влияние
нагрева неподвижных катушек собственным током. Вслед-
ствие этого, при изменении температуры, изменяется и
распределение токов между цепями подвижной и непод-
вижной катушек, а следовательно, и вращающий момент
прибора. Для уменьшения температурной погрешности при-
меняются особые схемы температурной компенсации.
Погрешность от изменения частоты также различна у
амперметров и вольтметров.
В вольтметрах погрешность от частоты обусловлена
изменением полного сопротивления цепи вольтметра вслед-
ствие индуктивности подвижной катушки. В амперметрах
с параллельным соединением подвижной и неподвижной
катушек с изменением частоты изменяется и распределение
токов в них также вследствие различных коэфициентов
индуктивности подвижной и неподвижной катушек. Для
амперметров с последовательным соединением неподвижной
и подвижной катушек, как погрешность от частоты, так и
погрешность от температуры не имеет места, так как под
влиянием этих факторов изменяется лишь полное сопротив-
ление всей измеряемой цепи. Через катушки же пройдет
лишь та сила тока, которая проходит по измеряемой цепи.
При частотах до'100 Hz погрешность от частоты в лабо-
раторных приборах I класса не превосходит 0,2% от номи-
нального показания.
§ 37. Ферродинамические приборы. Выше было упомя-
нуто, что электродинамически* приборы применяются, глав-
ным образом, в качестве лабораторных приборов. Приме-
нению их в качестве технических, а также самопишущих
72
приборов препятствует главным образом недостаточная
величина вращающего момента, а также влияние внешних ма-
гнитных полей. Усиление вращающего момента легко дости-
гается введением магнитной цепи из ферромагнитных мате-
риалов. При этом значительно усиливаются магнитные
поля, создаваемые катушками, и тем самым увеличивается
вращающий момент прибора. Одновременно, благодаря
усилению собственных полей прибора, уменьшается влияние
на показания прибора внешних магнитных полей. Электро-
динамические приборы, у которых магнитная цепь содер-
жит ферромагнитные материалы, носят название ферроди-
намических приборов. На рис. 41 показано устройство
ферродинамического прибора. Не-________________
подвижная катушка А, состоящая С
из двух частей, одета на железный
сердечник С. Подвижная катушка
В вращается вокруг цилиндричес
кого железного сердечника D. Фер- , gj
родинамические приборы находят
себе главное применение в качестве
самопишущих приборов на пере-
менном токе. Вращающий момент
таких приборов достигает в неко- <
торых конструкциях 25—30 Gem,
Рис 41. Схематическое уст-
ройство ферродинамиче-
ского прибора.
тогда как в обычных электродина-
мических . приборах вращающий
момент не превышает 300 mGcm.
Вследствие наличия железа в фер-
родинамических приборах появляются погрешности, обусло-
вленные влиянием гистерезиса и токов Фуко в железе.
Поэтому ферродинамические приборы изготовляются только
в качестве приборов II класса точности.
ПРИБОРЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ
§38. Принцип действия и устройство. Приборы электро-
магнитной системы основаны на воздействии магнитного
поля, создаваемого измеряемым током на один или не-
сколько помещенных в этом поле железных сердечников,
один из которых расположен на подвижной части прибора.
Для уяснения принципа действия приборов этой системы
рассмотрим одну из наиболее часто встречающихся кон-
струкций, схематически изображенную на рис. 42. Измеря-
емый ток проходит по обмотке катушки А, сплющенной
с боков- таким образом, что магнитное поле образуется
в узкой щели. Сердечник В из мягкого железа, особой фор-
73
Рис. 42. Схематическое уст-
ройство прибора электро-
магнитной системы.
дечника не велика,
мы, напоминающий эллипс, эксцентрично закрепленный на
оси С, может входить в просвет катушки, поворачиваясь
вокруг оси. Железный сердечник, стремясь под действием
магнитного поля расположиться таким образом, чтобы его
пересекало возможно больше силовых линий, втягивается
в катушку по мере увеличения силы тока в катушке. Противо-
действующий момент создается спиральной пружиной
(на рисунке-не показана). Неподвижная изогнутая цилин-
дрическая камера D с алюминиевым поршеньком ^связан-
ным с осью, представляют собой воздушный успокоитель
подзижной части прибора.
Сила F, с которой железный
сердечник втягивается в катушку,
зависит от намагниченности сер-
дечника и плотности магнитного
потока в щели катушки, создава-
емого измеряемым током:
(9)
где В — магнитная индукция в же-
лезном сердечнике,
Во — плотность магнитного по-
тока в щели катушки,
— постоянная, зависящая от
конструктивных данных
прибора. *
В первом приближении, имея
в виду, что намагниченность сер-
:о считать, что индукция В пропор-
циональна числу ампервитков катушки, а при постоян-
ном числе витков — силе тока в катушке /, т. е.
В —с21.
Плотность магнитного потока в щели катушки также
пропорциональна силе тока в катушке:
50 — G I-
Тогда, на основании уравнения (9), сила втягивания,
а, следовательно, и вращающий момент будет выражаться
уравнением:
Противодействующий момент, создаваемый спиральной
пружинкой, пропорционален углу отклонения (см. § 33):
М =
74
При установившемся отклонении подвижной части
D = M
и
Отсюда
с^ = Wa.
а —С Г2.
(Ю)
В действительности строго квадратичной зависимости
между током и углом отклонения не будет, так как, по мере
изменения положения сердечника в катушке, магнитный по-
ток в катушке довольно сильно искажается.
Рис. 43. Устройство электро-
магнитного прибора с плоской
катушкой.
Рис. 44. Электромагнитный
прибор с круглой катушкой.
В практике в настоящее время встречаются главным об-
разом два типа приборов электромагнитной системы. Один
из них описан выше; его называют обычно электромагнит-
ным прибором с плоской катушкой. Внутреннее устройство
такого прибора, выпускаемого заводом „Электроприбор",
показано на рис. 43. Второй тип электромагнитных при-
боров, также часто встречающийся, — это прибор с круг-
лой катушкой, изображенный на рис. 44. Измеряемый ток
проходит по обмотке круглой катушки А, внутри которой
помещены два железных сердечника. Один из них С за-
креплен неподвижно на внутренней поверхности цилинд-
рического каркаса катушки. Второй сердечник В связан
с осью прибора. Под действием магнитного поля, создавае-
мого током, проходящим по обмотке катушки, оба сердеч-
ника намагничиваются одноименно и отталкиваются друг
75
от друга. Вращающий момент и угол отклонения, по тем
же соображениям, которые были приведены выше для при-
бора с плоской катушкой, пропорциональны квадрату силы
тока, проходящего через обмотку катушки.
В приборах I класса для устранения влияния внешнего
магнитного поля применяется астатическое устройство. По-
добный прибор, выпускаемый заводом „Электроприбор",
показан на рис. 45. Подвижная часть состоит из двух сер-
дечников В, закрепленных на общей оси С и повернутых
друг относительно друга на 180°. Соответственно (на 180°)
повернуты друг относительно друга и две катушки А. На
Рис. 45. Схематическое устройство астатического эл ктро-
магнитного прибора завода „Электроприбор".
оси укреплены для успокоения подвижной части два кры-
лышка D, помещенных в сегментообразные камеры.
'. Электромагнитные амперметры изготовляются для непо-
средственного измерения силы тока порядка 200—300 А,
дальнейшее расширение предела измерения на переменном
токе осуществляется помощью измерительных трансформа-
торов тока (см. § 169). Для измерения же постоянных токов
большой силы предпочитают пользоваться магнитоэлек-
трическими приборами, так как изготовлять электромагнит-
ные приборы с шунтами нецелесообразно: шунты при этом
получаются слишком громоздкими и дорогими. Расширение
пределов измерения вольтметров легко осуществляется как
добавочными сопротивлениями,так и измерительными транс-
форматорами напряжения.
76
§ 39. Свойства и область применения. Электромагнит-
ные приборы применяются как на постоянном токе, так и
на переменном токе. Независимо от конструкции прибора
при перемене направления тока в катушке, железные сер-
дечники, изготовляемые из магнитно-мягкого материала —
трансформаторной стали — легко перемагничиваются, и на-
правление вращающего момента остается неизменным. Теми
же рассуждениями, как и относительно электродинамиче-
ских приборов, можно прийти к заключению, что электро-
магнитные приборы на переменном токе измеряют действую-
щее значение переменного* тока.
Шкалы электромагнитных приборов неравномерны. Ха-
рактер шкалы сильно зависит от формы железных сердеч-
ников. Подобрав соответствующим образом форму сердеч-
ников, удается получить шкалы, в рабочей части значи-
тельно приближающиеся к равномерным.
Расход мощности в электромагнитных амперметрах со-
ставляет примерно 1,0 — 5,0 W, а в вольтметрах 5—12 W.
Электромагнитные приборы применяются главным обра-
зом в качестве щитовых приборов II класса с допустимой
согласно ОСТ 5236 основной погрешностью до 2% от но-
минального показания. Однако, в последнее время, успехи
в конструировании и в применяемых для изготовления сер-
дечников материалах, позволили ряду фирм, а также заводу
„Электроприбор" выпустить электромагнитные приборы I
класса с максимальной погрешностью в ±0,5% от номи-
нального показания. Главной погрешностью электромагнит-
ных приборов на постоянном токе является погрешность
от гистерезиса материала сердечника. Эта погрешность ска-
зывается в том, что показания прибора при возрастающей
силе тока в катушке и при убывающей силе тока неоди-
наковы. На переменном же токе появляется дополнитель-
ная погрешность от токов Фуко, возникающих в бли-
жайших металлических массах, которые создают магнитные
поля, размагничивающие сердечник. Для уменьшения по-
грешности от гистерезиса применяют (главным образом в
приборах I класса) в качестве материала для сердечника,
вместо обычной трансформаторной стали, сплав пермаллой,
обладающий ничтожной коэрцитивной силой (см. § 20). Для
уменьшения же погрешности от токов Фуко удаляют по
возможности металлические массы от катушки и увеличи-
вают сопротивление цепей для токов Фуко. Для этого кар-
кас катушки разрезается вдоль катушки, чтобы он не пред-
ставлял собой замкнутого контура для токов Фуко.
На показания электромагнитных приборов влияет внешнее
магнитное поле, которое может исказить собственное поле
77
катушки. При монтаже приборов на распределительных
щитах это обстоятельство необходимо учитывать и стре-
миться располагать шины и приборы так, чтобы поле, со-
здаваемое токами, проходящими по шинам, не было перпен-
дикулярно полю катушки прибора, так как в последнем
случае погрешность от влияния внешнего поля будет наи-
большей. Частично влияние внешних магнитных полей осла-
бляется благодаря- железному кожуху, который выпол-
няет роль магнитного экрана. Все же погрешность эта со-
ставляет обычно 1—2% при действии внешнего поля на-
пряженностью . в 5 Ое, совпадающего по направлению с
полем катушки. Само собой разумеется, что на прибор,
включенный в цепь постоянного тока, влияет только посто-
янное по направлению поле, а на прибор, работающий в
цепи переменного тока, влияет только переменное поле.
Наибольшее влияние в последнем случае обнаруживается,
если фазы внешнего поля совпадают с фазой поля катушки.
В астатических приборах (рис. 45) влияние внешнего поля
невелико, так как внешнее магнитное поле влияет на соб-
ственные магнитные поля катушек в прямо противополож-
ных направлениях. Если внешнее поле однородно в про-
странстве, занятом обеими катушками, то вращающий мо-
мент одной системы увеличивается примерно на такую же
величину, на какую вращающий момент другой системы
уменьшается. Таким образом, результирующий вращающий
момент всего прибора, под влиянием внешнего магнитного
поля, остается практически неизменным.
Погрешность от температуры в электромагнитных ампер-
метрах не имеет места, если не считать небольшого изме-
нения противодействующего момента пружинки. Повышение
температуры вызывает увеличение сопротивления обмотки
катушки и, тем самым, увеличение общего сопротивления
цепи. Амперметр, включенный последовательно в цепь, оче-
видно, измерит именно ту силу тока, которая проходит по
цепи и которая обусловлена лишь приложенным напря-
жением и общим сопротивлением цепи.
У вольтметров погрешность от температуры опреде-
ляется соотношением сопротивлений медной проволоки ка-
тушки и манганиновой проволоки добавочного сопротивле-
ния. Если сопротивление катушки и добавочное сопроти-
вление примерно одинаковы, то погрешность от темпе-
ратуры будет составлять около 2% на 10° С. В вольтметрах
на 150 V, и выше добавочное сопротивление в 5—7 раз
больше сопротивления катушки, и погрешность от тем-
пературы в этом случае едва достигает 0,3 — 0,4% на 10° С.
При применении электромагнитного вольтметра на пере-
78
менном токе может возникнуть также погрешность вслед-
ствие изменения частоты сети. Погрешность эта обусло-
влена изменением индуктивного сопротивления вольтметра.
Погрешность от частоты при практически имеющих место
изменениях промышленной частоты очень незначительна.
§ 40. Поляризованные электромагнитные приборы. К
электромагнитным приборам относятся также приборы, при-
меняемые только на постоянном токе, с постоянным маг-
нитом; устройство такого прибора показано на рис. 46.
Сердечник В из мягкого железа, насаженный на ось под
некоторым углом (обычно в 45°), помещается внутри катушки
Рис. 46. Устройство поляри-
зованного электромагнитного
прибора.
Рис. 47. Диаграмма ма-
гнитных полей в поляри-
зованном электромагнит-
ном приборе.
А, по которсгй проходит измеряемый ток. Кроме поля фС)
создаваемого измеряемым током (рис. 47), на сердечник дей-
ствует также поле постоянного магнита фс, расположенного
таким образом, что силовые линии его перпендикулярны к
силовым линиям поля катушки фе. Сердечник стремится
расположиться так, чтобы через него проходило большее
число силовых линий результирующего поля фг; направле-
ние же последнего будет меняться в зависимости от вели-
чины поля катушки фс, т. е. в зависимости от силы тока,
протекающего через катушку. При изменении поля катушки
от фс до ф'с, результирующее поле фг и вместе с ним же-
лезный сердечник повернутся на угол а.
Противодействующий момент создается здесь постоян-
ным магнитом М (рис. 46). Погрешность такого прибора
составляет обычно 5 — 8% от номинального показания. При-
боры эти применяются для неответственных измерений, на-
79
пример, в качестве указателей зарядного и разрядного то-
ков аккумуляторной батареи автомобиля. На рис. 48 пока-
зан поляризованный автомобильный прибор завода ^Электро-
прибор". Принцип действия этого прибора аналогичен опи-
санному. Магнитное поле здесь создается не катушкой, а
одним плоским изогнутым проводником С.
Рис. 48. Поляризованный электромагнитный прибор дтя
автомобилей, изготовляемый заводом „Электроприбор".
ПРИБОРЫ ТЕПЛОВОЙ СИСТЕМЫ
§ 41. Принцип действия и устройство. Тепловые при-
боры основаны на удлинении тонкой металлической нити,
по которой проходит ток, нагревающий нить. Устройство
прибора пс казано на рис. 49. Измеряемый ток проходит по
металлической нити АС, обычно из сплава платины с ири-
дием, закрепленной с двух сторон неподвижно в точках А
и С. Примерно в середине она оттягивается второй метал-
лической нитью BD, часто называемой мостиком, непод-
вижно закрепленной в точке D. Мостик в точке Е оттяги-
вается тонкой шелковой нитью, перекинутой через ролик
R и закрепленной другим концом на плоской стальной пру-
жине F. На оси ролика укреплена стрелка 5. Когда тока в
приборе нет, нить АС и мостик BD имеют небольшой про-
вес, и стрелка стоит на нуле шкалы.
Измеряемый ток, проходя по нити АС, нагревает ее, нить
удлиняется, и точка В, под влиянием натяжения пружины
F, перемещается в точку В'. Вместе с этим точка Е пере-
мещается в точку Е', точка G в точку G', и стрелка благо-
даря повороту ролика отклоняется на некоторый угол а. По
углу отклонения стрелки и судят о величине измеряемого тока.
Таким образом линейное удлинение нити превращается
во вращательное движение оси со стрелкой. Соответствую-
89
щим подбором длин нити, мостика, шелковой нити и диа-
метра ролика можно весьма небольшое удлинение, по-
рядка ^десятых долей миллиметра, превратить в поворот
оси на 90°.
Зависимость между углом отклонения и измеряемым то-
ком вытекает из следующих соображений. При прохождении
Рис. 49. Схематическое устройство, прибора тепловой системы.
тока I по нити, сопротивление которой /?, в ней за время
t выделяется количество тепла равное:
Q = 0,24W [cal].
Это тепло рассеивается в окружающую среду путем излу-
чения и конвекции, а также путем теплопередачи в сосед-
ние* части прибора. Оно равно:
Q1==kS^ — 60) t [cal],
где k — коэфициент теплоотдачи,
6 — температура, до которой нагрелась нить,
% — температура окружающей среды,
S — боковая поверхность нити.
б Зак. 3'924.—Электроизмсри юльная техника.
-81
При установившемся тепловом равновесии, соответствую-
щем некоторой неизменной силе тока в приборе, выде-
ляемое тепло будет равно рассеиваемому:
Q = Qi
0,24 PRt = kS (0 —0o)Z
или
6-%=^/2- (И)
Длину I нагреваемой нити при температуре 0 можно вы-
разить через начальную длину /0:
/=4>[1 + .3(9- е0)],
где ₽ — линейный коэфициент расширения нити, отсюда
удлинение нити:
AZ = Z-Z0==i3Z0(9-60). (12)
Подставляя в уравнение (12) вместо (9 — 90) его значе-
ние из уравнения (11), получим:
fe0,2№
kS
Полагая с известным приближением, что величины R, k, S
остаются при повышении температуры постоянными, по-
лучим:
AZ = C/2,
Отклонение стрелки а определяется удлинением нити.
Поэтому с известным приближением мы можем считать
также, что и
а = С72. (13)
Соответствующим подбором места спая мостика с на-
греваемой нитью] места крепления шелковой нити на мос-
тике и формы ролика можно получить зависимость, отлич-
ную от квадратичной, и шкалу более равномерной.
Длина платино-иридиевой нити обычно порядка 100 —
160 mm, диаметр ее не превышает 0,03 — 0,05 mm. Дляуспо-
коения подвижной части применяется алюминиевый сектор L
82
(рис. 49), закрепленный на оси и передвигающийся между
полюсами постоянного магнита Л4.
§ 42. Свойства и область применения. Тепловые при:
боры применяются как на постоянном, так и на перемен-
ном токе. Рассуждениями, аналогичными приведенным
в разделе электродинамических приборов, можно доказать,
что тепловые приборы на переменном токе показывают
действующее значение измеряемой величины (тока или на-
пряжерия).
Благодаря ничтожной индуктивности нити, показания
тепловых приборов не Зависят от изменения частоты в ши-
роких пределах. Это обстоятельство позволяет применять
тепловые приборы в цепях переменного тока высокой час-
тоты.
Вопрос перегрузки является для тепловых приборов
особенно серьезным. Повышение температуры нити пропор-
ционально квадрату силы тока. Стремясь увеличить чув-
ствительность прибора, допускают довольно сильный на-
грев нити при номинальном токе (до 300° С), что, есте-
ственно, уменьшает предел' допустимой перегрузки прибора.
При 1,5 — 2-кратной силе номинального тока, даже кратко-
временной, нить прибора перегорает.
Для расширения пределов измерения тепловых приборов
можно применять шуйты (для амперметров) и добавочные
сопротивления (доя вольтметров). Однако, применение ампер-
метров с шунтами в цепях высокой частоты нежелательно,
так как шунт и нить обладают различной индуктивностью,
что при изменениях частоты вызывает иное распределение
токов между шунтом и нитью, и, следовательно, погреш-
ность от изменения частоты. Поэтому для расширения пре-
делов измерения на высокой частоте обычно применяют
особо устроенные (высокочастотные) измерительные транс-
форматоры.
Расход мощности у тепловых приборов довольно велик,
особенно в вольтметрах. Так, для вольтметров на 150 V
расход мощности составляет 20 — 30 W, у амперметров на
5 А—порядка 1—3 W.
На показания тепловых приборов сильно влияет изме-
нение температуры окружающей среды, вызывающее до-
полнительное удлинение (или сокращение) нити. Для ком-
пенсации этого влияния применяются различные приспосо-
бления. Одно из них схематически изображено на рис. 50.
Нагреваемая нить AQ одним своим концом А прикреплена ‘
к пружине N. Эта пружина удерживается, в натянутом
состоянии проволокой АК, которая имеет длину и темпе-
ратурный коэфициент примерно такой же, как и нагреваемая
6* 83
нить. При повышении окружающей температуры удлиняется
не только нагреваемая нить, но также и компенсационная
проволока АК, отпуская при этом пружину Л/, которая воз-
вращает нить АС к первоначальному провесу.
Погрешность от изменения частоты в цепях промышлен-
ной и повышенной частоты практически равна нулю. В це-
пях же высокой частоты (порядка 106 Hz) погрешность
может достигать 3 — 5% от номинального значения.
Погрешность от внешних магнитных полей в тепловых
приборах не имеет места.
ПРИБОРЫ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
§ 43. Принцип действия и устройство. Приборы термо-
электрической системы основаны, на использовании электро-
движущей силы, возникающей в цепи, состоящей из разно-
родных проводников, если место соединения этих провод-
ников имеет температуру, отличную от температуры осталь-
ной части цепи.
Устройство термоэлектрического прибора схематически
показано на рис. 51. Измеряемый ток протекает через ме-
таллическую нить АВ. В точке С к этой нити присоеди-
нены путем сварки, пайки или каким-либо другим способом
два конца разнородных проводников DC и D'C, образую-
щих собою, так называемую, термопару. Точка С пред-
ставляет собою горячий спай термопары DCD\ темпера-
ратура которого определяется теплом, выделенным изме-
ряемым током в нагревателе АСВ. Концы термопары D и
84
D' называются холодными спаями термопары; они присо-
единены к металлическим колодкам, хорошо отводящим
тепло. К холодным спаям термопары присоединен обычный
магнитоэлектрический милливольтметр G. Вследствие раз-
ности температур горячего и холодных спаев термопары,
в замкнутой цепи CDGD'C /возникает электродвижущая
сила и термоток /р который вызывает отклонение стрелки
прибора G. Величина этой электродвижущей силы, полу-
чившей название терКюэлектродвижущей силы Томсона, за-
висит лишь от материала электродов, образующих термо-
пару, и разности температур горячего и холодных спаев.
Направление же термотока Ц для данной термопары всегда
одно и то же, независимо от направления тока I в изме-
Рис. 51. Схема прибора термоэлектрической
системы.
ряемой цепи. Так как для магнитоэлектрического прибора
G отклонения подвижной части пропорциональны току
в катушке прибора, до мы имеем:
а = = C2F,
где Cj и С2— постоянные коэфициенты,
Е— термоэлектродвижущая сила.
Но термоэлектродвижущая сила пропорциональна раз-
ности температур горячего и холодных спаев, иначе говоря,
количеству тепла, выделенного током/в нагреваемой нити
и пропорционального /2:
a = C2F=CZ2. (14^
Таким образом, мы имеем возможность применить маг-
нитоэлектрический прибор для измерений на переменном
токе. Описанное выше устройство, состоящее из нагрева-
теля и термопары, предназначенное для преобразования
85,
измеряемого переменного тока в постоянный, получило
название термопреобразователя. Термопреобразо-
•о
/VVV\
Рис. 52. Схема термоэлектри-
ческого прибора с бесконтакт-
ным термопреобразователем.
ватель помещается как внутри
корпуса прибора, так и вне его.
В приборах на большие силы
тока (свыше 20 А) термопреобра-
зователь монтируется отдельно
от измерителя и соединяется с
ним гибкими проводами.
Термоэлектродвижущая сила,
которую можно использовать от
обычных термопар, не превы-
шает 15 mV, что требует весьма
чувствительного измерителя.
Для увеличения полезной термо-
электродвижущей силы иногда
соединяют несколько термопар
последовательно (рис. 52). Тер-
мопары в данном случае не
имеют непосредственного кон-
такта с нагревателем и нагрева-
ются путем теплоизлучения. Но
в этом случае увеличивается
общее сопротивление цепи, на которую замкнут измери-
тель, увеличивается, следовательно, и падение напряжения
86
в термопреобразователе и поэтому не удается использовать
весь суммарный термоэлектрический эффект.
Чтобы избежать указанного недостатка, применяется
особая схема Вертгейм-Саломонсона (Wertheim-Salomonson),
изображенная на рис. 53. В каждой из четырех ветвей
схемы АС, СВ, BD, DA включены последовательно
две (или больше) термопар. Измеряемый ток подводится
к точкам А и В. Измеритель G включается между точкам!
С и D. Термопары соединены между собой так, что их
термоэлектродвижущие силы в ветвях СВ и BD и соот-
ветственно АС и DA 'складываются. На рис. 53 направле-
ние термотоков показано стрелками. Таким образом маг-
нитоэлектрический прибор оказывается приключенным
к напряжению, равному сумме термоэлектродвижущих сил
четырех термопар. Полное же сопротивление всей схемы
между точками Q и D равно:
_L = _1_____L = _L
R 4r 4r 2r
R — 2r,
где r — сопротивление одной термопары.
Таким образом, сопротивление этой схемы, при исполь-
зовании термоэлектродвижущей силы четырех термопар,
равно лишь сопротивлению двух термопар. На рис. 54 изо-
бражен прибор, выпускаемый заводом „Электроприбор"
по схеме Вертгейм-Саломонсона на номинальную силу
тока 2 А. На изолирующей гэтинаксовой пластине укреп-
лены десять колодок из красной меди (по пять колодок
в ряд), снабженных ребрами для лучшего охлаждения.
Термопары припаяны к колодкам с нижней стороны пла-
стины.
Чувствительные термоэлектрические приборы изгото-
вляются с термопарой, помещенной в вакуум. Благодаря
этому потери на излучение тепла в окружающую среду
в сильной степени уменьшаются, и температура, а следо-
вательно и термоэлектродвижущая сила термопары воз-
растают. На рис. 55 представлен внешний вид вакуумного
термопреобразователя, изготовляемого заводом „Светлана",
Он помещен в колбе обычной усилительной лампы малого
размера с четырьмя ножками на цоколе. Вакуумные термо-
преобразователи применяются обычно для измерения
токов, не превышающих 0,5—1,0 А.
Материалом для нагреваемой нити обычно служит пла-
тино-иридиевая или константановая проволока. При малых
силах тока применяется круглая проволока, а при боль-
87
ших, для уменьшения тепловой инерции, нагреватель де-
лается из ленты.
Наиболее часто применяемые термопары следующие:
манганин-константан, с наивысшей температурой нагрева
до 200°С в воздухе при термоэлектродвижущей силе по-
рядка 10 mV, медь-константан 400°С и 20 mV, нихром-
константан 600эС и 44 mV, сплавы платино-родий и зо-
лото-палладий-платина 1200° С и 57 mV. Чтобы обеспе-
чить допустимую перегрузку хотя бы на 40—50% от номи-
Рис. 54. Внешний вид термоэлектрического
прибора завода „ЭлектР°пРиборв.
Рис. 55. Вакуумный
термопреобразователь
завода „Светлана*4.
нальной силы тока, приходится ограничиваться температу-
рой нагрева не выше половины приведенных цифр, так как
тепло, выделяемое при нагревании током, пропорционально
квадрату силы тока. Поэтому больше 15 mV не удаетс#'
получить от обычных термопар. Исключение составляет
термопара из сплавов платино-родий-золото-палладий-пла-
тина, которая обладает к тому же еще тем преимуществом,
что не окисляется в воздухе.
§ 44. Свойства и область применения. Как следует из
выражения (14), отклонение термоэлектрического прибора
88
пропорционально квадрату силы тока, вследствие чего
шкала' таких приборов получается неравномерной, близкой
и квадратичной.
Термоэлектрические приборы находят себе главное
применение в качестве амперметров на малые силы пере-
менного тока и малые напряжения. При этом градуировку
этих приборов возможно производить на постоянном токе.
Особенно важно применение термоэлектрических при-.
боров в цепях повышенной и высокой частоты. Однако,
в цепях высокой частоты обычно применяются лишь термо-ам-
перметры. Применению высокочастотных вольтметров сильно
препятствует сложность изготовления безреактивного’ доба-
вочного сопротивления, а также емкостные токи (утечки),
возникеющиё п*ри большой разности потенциалов на зажи-
мах прибора. Чрезвычайно целесообразно применять термо-
приборы для измерения действующего значения перемен-
ных токов с сильно искаженной формой кривой, так как
показания их.не зависят от формы кривой тока.
К существенным недостаткам 'Термоэлектрических при-
боров следует отнести чувствительность их к перегрузкам.
Уже перегрузка в 10%, даже кратковременная, опасна, так
как нагреватель может перегореть.
Точность термоэлектрических приборов довольно ве-
лика. В лабораторных приборах основная погрешность по-
рядка-0,5% от номинального значения, в щитовых прибо-
рах— порядка 1%, в термоприборах малого габарита
1-2%.
Расход мощности термоприборами увеличивается с пре-
делом измерения. В приборах на малые пределы измерений
он очень невелик. Особенно мал расход мощности в при-
борах с вакуумными термопреобразователями? Благодаря
этому, можно изготовлять приборы на очень малые силы
тока. Расход мощности, например, в приборе на 2 mA
.составляет всего 0,003 W.
Для расширения пределов измерения тер*мо-амперметров
обычно применяют особую конструкцию приборов. Так,
например, фирма „Кэмбриджская компания" изготовляет
термоэлектрические амперметры на пять пределов измере-
ния: 10, 50, 100, 500 и 1000 mA. В этом приборе имеется
один магнитоэлектрический измеритель и пять отдельных
вакуумных термопреобразователей. Кроме того, преду-
смотрен еще один воздушный термопреобразователь на 10 А.
Этот .термопреобразователь служит не для измерения,
а для предварительной проверки измеряемого тока. Лишь
после этого включается один из вакуумных термопреобра-
зователей. Схема этого прибора изображена на рис. 56.
89
При помощи двойного переключения К в цепь, а также
к измерителю, включается та или иная термопара. Шкала
у прибора одна, и термоэлементы с добавочными сопро-
тивлениями подобраны так, что пересчет показаний при-
бора производится путем простого умножения числа деле-
ний на соответствующий коэфициент.
Изменение показаний термоприборов с изменением
окружающей температуры невелико, так как при этом изме-
няется лишь сопротивление обмотки измерителя, а не до-
бавочное сопротивление, роль которого часто играют сами
термопары.
Рис. 56. Схема пятипредельного термоэлектрического
прибора Кэмбриджской компании.
f
Погрешность от изменения температуры окружающей
среды не выходит за пределы 1—2% на 10эС изменения
температуры. Термоэлектродвижущая сила с изменением
температуры не меняется, так как при этом одинаково воз-
растает температура и горячего и холодных спаев.
На показания высокочастотных (порядка 1Ф—106 Hz)
термоприборов влияет также изменение частоты цепи. При
изменении частоты цепи изменяется как емкость между
зажимами прибора, так и распределение тока по сечению
проводника (скин-эффект). Вследствие изменения внутрен-
ней емкости прибора, изменяется распределение тока>между
емкостью и нагревателем. Вследствие же скин-эффекта,
изменяется активное сопротивление нагревателя, так как
ток стремится протекать лишь по наружным слоям сече-
90
ния в проволоке. Влияние частоты в приборах на малые
пределы измерения невелико, на большие же силы тока
(свыше 5 А) оно может выразиться в дополнительной по-
грешности порядка нескольких процентов по сравнению
с показаниями при частоте 50 Hz.
Влияние внешнего переменного магнитного поля на
показания термоприборов, включенных в цепь переменного
тока, не имеет места. Зато постоянное магнитИое поле
в этом случае оказывает некоторое влияние на показания,
так как в термоприборах измерителем является магнито-
электрический прибор.
ПРИБОРЫ ДЕТЕКТОРНОЙ СИСТЕМЫ
§ 45. Принцип действия и устройство меднозакисного
выпрямителя. Приборы детекторной системы представляют
собой сочетание меднозакисного выпрямителя и магнито-
электрического прибора, что дает возможность применять
магнитоэлектрический прибор для измерений на перемен-
ном токе. Меднозакисный выпрямитель, или, как его часто
называют, детектор, представляет медную пластинку, или
кусок медной проволоки, покрытой слоем закиси меди.
Основным процессом изготовления меднозакисных детекто-
ров является нагревание пластинки или проволоки из хи-
мически чистой меди в электрической печи при темпера-
туре 1000—1100°С в присутствии достаточного количества
кислорода, и затем быстрое охлаждение в кипящей воде.
После такой операции медь покрывается слоем закиси
меди.
Меднозакисный детектор обладает тем свойством, что
его сопротивление электрическому току, протекающему
в направлении от меди к закиси меди, оказывается значи-
тельно большим, чем в другом направлении (от закиси
меди к меди). Сопротивление детектора от закиси меди
к меди называется прямым, а от меди к закиси — обратным.
Соответственно и направление тока от закиси меди к меди
называется прямым, а от меди к закиси меди — обрат-
ным.
Через магнитоэлектрический прибор, включенный по-
следовательно с детектором в цепь переменного тока, про-
ходит сила тока I, равная разности прямого и обратного
токов:
/ = /1
где /j — сила тока в прямом направлении, а /2 — сила тока
в обратном направлении. Таким образом, в случае полного
91
выпрямления, когда обратное сопротивление равно беско-
нечности:
/2 = О и 1=IV
Наоборот, выпрямления не будет, когда сопротивление
детектора в обоих направлениях одинаково. В этом слу-
чае:
Ц = и / = 0.
На рис. 57 показана зависимость прямого и обратного
сопротивлений от напряжения, приложенного к детектору
при различных температурах.1 Отношение силы тока в пря-
Рис. 57. Кривые зависимости прямого и обратного
сопротивления детектора от напряжения.
мом направлении к силе тока в обратном направлении или,
что то же самое, обратного сопротивления к прямому, назы-
вается коэфициентом выпрямления и является одной из
важных характеристик выпрямителя.
Из кривых рис. 57 видно, что сопротивления, а следо-
вательно и коэфициент выпрямления детектора, зависят
как от температуры, так и от приложенного напряжения.
На рис. 58 даны кривые зависимости коэфициента выпрям-
ления от напряжения, приложенного к детектору, при раз-
ных температурах. Эти кривые показывают, чтд коэфициент
1 Кривые на рис. 57, 58 и 59 относятся к детекторам, изготовляем
мым заводом „Электроприбор*.
£2
выпрямления при малых напряжениях сильно падает, что
ограничивает возможность изготовления детекторных при;
боров на малые напряжения. С другой стороны, наибольшее
напряжение, которое можно приложить к детектору, не
выше 4 V, так как при большем напряжении тонкий слой
закиси меди пробивается. . На рис. 59 представлена, так
называемая, статическая характеристика меднозакисного
детектора, представляющая собой зависимость выпрямлен-
ного тока в обоих направлениях от приложенного к детек-
Рис. 58. Кривые зависимости коэфициента выпрямления от
напряжения.
тока в прямом направлении, вниз — в обратном направле-
нии. Эта кривая позволяет судить о характере шкалы.
При малых значениях напряжения выпрямленный ток
растет медленно, и шкала прибора вначале получается
суженной, но уже примерно с 15% длины шкалы послед-
няя становится практически равномерной: сила тока растет
пропорционально напряжению.
§ 46v Схемы детекторных приборов. Простейшая схема
изображена на рис. 60, а, где детектор соединен последова-
тельно с магнитоэлектрическим прибором. По этой схеме
выпрямляется только одна полуволна переменного тока, что
* нарушает режим цепи, если прибор включен в качестве
z амперметра. Поэтому по такой схеме могли бы работать
93
Рис. 60. Схемы детекторных приборов.
только вольтметры. Кроме того, при этой схеме выпря-
мленный ток замыкается через внешнее сопротивление и
источник переменного тока, что делает показания прибора
зависимыми от сопротивления цепи, а также влечет за
собой искажение формы коивой переменного тока в цепи.
Схема, изображенная на рис. 60,Ь, не нарушает режима
цепи при последовательном включении прибора, так как
обе полуволны встречают одно и то же сопротивление
{сопротивление R равно сопротивлению магнитоэлектриче-
ского прибора). Прибор, следовательно, может применяться
качестве амперметра и вольтметра. Разделительный кон-
’денсатор С не пропускает постоянный ток во внешнюю
цепь. Но и по этой схеме прибор измеряет выпрямленный
ток только от одной полуволны и, следовательно, необхо-
димо увеличить силу тока, чтобы при данной чувствитель-
ности прибора получить полное отклонение.
Наибольшее распространение получили в настоящее
время схемы, выпрямляющие обе полуволны. На рис. 60,с
изображена подобная схема. Одна полуволна проходит по
направлению ADB, а вторая полуволна — по направлению
CDB. Схема совершенно симметрична относительно обоих
полупериодов переменного тока. Цепь выпрямленного
тока отделяется от цепи переменного тока трансформато-
ром 1.
Заводом „Электроприбор" изготовляются детекторные
Приборы по схеме Гретца (Graetz), изображенной на
рис. 61. Здесь применены четыре детектора и выпрямление
обеих полуволн происходит по направлениям ABDK и
KBDA. При йдентичности всех четырех детекторов со-
противление переменному току по обоим направлениям оди-
наково, и схема получается совершенно симметричной от-
< 95
носительно обоих полупериодов. Если же это условие не
соблюдено, то необходимо включить разделительный кон-
Рис. 62. Устройство детек-
тора по схеме Гретца (завод
„Светлана").
Рис. 63. Детали детектора Гретца, изготовляемого заво-
дом '„Электроприбор".
денсатор С, как это показано на рис. 61, чтобы постоянная
составляющая тока не замкнулась на внешнюю цепь. ‘
96
Выпрямительное устройство с четырьмя детекторами
по схеме Гретца в изготовлении завода „Светлана" пока-
зано на рис. 62. Детали и внешний вид выпрямителя за-
вода „Электроприбор" показаны на рис. 63. Свинцовые
пластинки служат'для лучшего контакта между детекто-
рами. Все устройство помещено в небольшой металлической
коробочке и сверху залито замазкой Менделеева.
§ 47. Свойства и область применения. Детекторные
приборы применяются для измерения малых значений пере-
менного тока и напряжения, что оказывается возможным
благодаря применению в качестве измерителя приборов
магнитоэлектрической системы, обладающих высокой чув-
ствительностью. Заводом „Электроприбор" выпускаются
детекторные вольтметры на пределы измерений, начиная от
0,3- V и миллиамперметры на пределы измерений от
0,2 mA.
В отличие от вгсех других систем, работающих на перемен-
ном токе, детекторные приборы измеряют не действующее
значение переменного тока, а среднее значение. Поэтому
при градуировке шкалы в действующих значениях необхо-
димо учитывать коэфициент формы ^кривой. Очевидно, при
измерении несинусоидальных переменных величин прибор
будет давать погрешность, так как коэфициент формы кри-
вой будет отличаться от того, при котором производилась
градуировка.
Как это следует из кривых рис. 57 и 58, сопротивление
меднозакисного детектора в сильной степени зависит от
температуры. При увеличении температуры уменьшается
как прямое, так и обратное сопротивление, причем послед-
нее убывает быстрее, чем прямое. Вследствие этого коэфи-
циент выпрямления падает, и показания прибора умень-
шаются. У вольтметров же следует считаться еще с умень-
шением общего сопротивления детектора, что может вы-
звать даже увеличение показания прибора с увеличением
температуры. Поэтому компенсация влияния температуры
для детекторных приборов имеет весьма существенное зна-
чение и осуществляется разными способами у миллиампер-
метров, вольтметров на малые и на большие напряжения.
Схемы температурной компенсации основаны на использо-
вании большого положительного температурного доэфици-
ента меди, имея в виду, что меднозакисные детекторы имеют
отрицательный температурный коэфициент. Медное сопро-
тивление включается либо параллельно детектору (в мил-
лиамперметрах и 'вольтметрах на большие пределы измере-
ния), либо последовательно с детектором (в вольтметрах
на малые пределы измерения). Погрешность от температуры,
7 Зак. 8824. — Электроизмерительная техника. 97
при наличии компенсации, может быть снижена до 1,5—2%
на 10° С.
Так как детектор представляет собой конденсатор
(обкладки — медь и закись меди, а диэлектрик — тонкий
переходной слой от меди к закиси), то при измерениях
в цепи с повышенной частотой возникает погрешность вслед-
ствие изменения емкостного сопротивления детектора. При-
менение особых схем для компенсации этой погрешности
позволяет пользоваться детекторными приборами при часто-
тах до 10000 Hz. Погрешность при этом не превосходит
2% от номинального значения.
Расширение пределов измерения детекторных приборов
осуществляется при помощи шунтов для амперметров и до*
бавочных сопротивлений для вольтметров.
ПРИБОРЫ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
§ 48. Принцип действия и устройство. Приборы электро-
статической системы основаны на взаимодействии электри-
чески заряженных металлических тел. Из многочисленных
Рис. 64. Схематическое устройство
электростатического прибора.
Рис. 65. Устройство эле-
ктростатического прибо-
ра с вращающимся эле-
ктродом.
конструкций электростатических приборов опишем наиболее
часто ^встречающиеся. На рис. 64 показано схематическое
устройство электростатического прибора. Две неподвижные
пластины а и с из латуни соединены с зажимами А и В,
98
к которым подводится измеряемое напряжение. Одна из
неподвижных пластин а соединена электрически с подвиж-
ной алюминиевой пластиной Ь. Таким образом пластины
а и b оказываются заряженными одним потенциалом, а пла-
стина с — другим потенциалом. Поэтому пластина b отталки-
вается от пластины а и, наоборот, притягивается к пластине с.
По закону Кулона эти силы притяжения и отталкивания про-
порциональны произведению зарядов на пластинах. Эти
заряды, в свою очередь, пропорциональны напряжению, при-
ложенному к этим пластинам. Таким образом сила, под дей-
ствием которой начнет передвигаться пластина Ь, оказывается
равной:
F = = CU\
Перемещение пластины b посредством рычага d и нити h
передается на ось со стрелкой. Противодействующий момент
создается силой тяжести грузиков. Успокоение — электро-
магнитное.
Другой часто встречающейся конструкцией является
прибор, схематически изображенный на рис. 6_>. Измеряемое
напряжение подводится одним полюсом к неподвижным
камерам а и Ь, другим полюсом к подвижным пластинам с,
особой формы, сидящим на оси со стрелкой. Подвижные
пластины с, заряженные при этом противоположно относи-
тельно неподвижных пластин, будут втягиваться внутрь
неподвижных камер. Вращающий момент и здесь пропор-
ционален квадрату измеряемого напряжения.
§ 49. Свойства и область применения. Как это видно
из самого принципа действия, электростатические приборы
могут применяться лишь в качестве вольтметров. Одним
из существенных достоинств электростатических вольтмет-
ров является то обстоятельство, что через них не проходит
электрический ток, т. е. они не расходуют при измерении
никакой мощности. Электростатические вольтметры приме-
няются как на постоянном, так и на переменном токе. При
измерении в цепях переменного тока знак зарядов на под-
вижных и неподвижных пластинах меняется одновременно,
но вращающий момент сохраняет свое направление.
Электростатические вольтметры применяются, главным
образом, для измерения высокого напряжения. Наименьший
предел измерения, на который можно изготовить электро-
статический вольтметр, описанный выше (рис. 64), соста-
вляет 1000—1500 V.. Расширение пределов измерения в сто-
рону высоких напряжений осуществляется помощью, так
называемых, добавочных^ конденсаторов (рис. 66), включа-
емых последовательно с прибором. Электростатический
7* 99
вольтметр представляет собой по существу конденсатор.
Так как при последовательном соединении двух конденса-
торов напряжение распре-
деляется между ними обрат-
но пропорционально ем-
кости, то
Рис. Go. Схема включения электро- <Де И «апрЯЖв-
сиатического вольтметра с добавоч- ^ГИЯ на вольтметре И конден-
ным конденсатором. саторе, Cv и Ск — емкости
прибора и конденсатора.
Составим производную пропорцию:
Рис. 67. Многокамерный электростатический
вольтметр на 150 V завода „Электроприбор".
Так как измеряемое напряжение U = Uk,
то
и с,-\-ск>
100
или
£7=-^^ Ut = mUt.
Как видим, предел измерения увеличиваемся в т раз.
Электростатические вольтметры находят себе применение
также при измерениях в маломощных цепях, где нельзя
применять приборы с большим потреблением мощности.
В этом случае применяют обычно приборы, подобные изо-
браженному на рис. 65, только число камер и пластин соот-
ветственно увеличивается. На рис. 67 изображен подобный
прибор на 150 V, изготовленный заводом „Электроприбор".
На показания электростатических вольтметров оказывают
влияние электрические поля. Ни магнитные поля, ни темпе-
> ратура окружающей среды, ни частота никакой добавочной
погрешности* не вызывают, за исключением тех случаев,
когда электростатический вольтметр включен с добавочным
конденсатором. В этом случае на емкость конденсатора,
а, следовательно, и на показания вольтметра несколько
влияет и частота и температура, а также влажность воздуха,
от которой зависит сопротивление изоляции твердого ди-
электрика.
ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОВТОРЕНИЯ И ЗАДАЧИ
1. Перечислите системы приборов, которыми можно поль-
зоваться: •
а) только на постоянном токе,
б) на постоянном и переменном токах.
2. Какое значение переменного тока показывают приборы
электродинамической и тепловой систем?
3. Как подводится ток к подвижным катушкам магнито-
электрического и электродинамического приборов?
4. Каким образом создается успокоение в магнитоэлектри-
ческих приборах? -
5. Обладают ли полярностью электромагнитные и электро-
динамические приборы?
6. Что произойдет со стрелкой теплового прибора, если
у него перегорит нить?
7. Будут ли одинаковы поправки электромагнитного прибора
на постоянном и переменном токах?
8. Какие преимущества дает применение пермаллоя для
сердечников электромагнитных приборов?
9. Можно ли катушку электромагнитного или электродина-
мического прибора намотать бифилярно?
10. Почему воздушный зазор в магнитоэлектрическом при-
боре стремятся сделать возможно меньшим?
11. Определить вращающий момент магнитоэлектрического
прибора, имеющего следующие данные:
плотность магнитного потока................Во — 900 Gs
число витков катушки .....................• . w = 120
9 *
101
сила тока . . .
размеры катушки
.........../ = 5 mA
д — 20 mm, 1 = 22 mm
Отв. 242 mG cm
12. Показание электродинамического прибора составляет
55 делений. После переключения направления тока оно
стало равным 53 делениям. В чем причина такого расхо-
ждения и чему равно показание, соответствующее дей-
ствительному значению измеряемой величины?
13. Прибор показывает 4,9 А. Действительная сила тока
в цепи 5 А. Определить погрешность и поправку.
14. Определить вращающий момент электродинамического
прибора по следующим данным:
диаметр неподвижной катушки.....................40 mm
диаметр подвижной катушки.......................35 mm
общая ширина двух неподвижных катушек .... 26 mm
сила тока в подвижной катушке...................30 mA
число ее витков...........................150
сила тока в неподвижной катушке . . .........0,5 А
число ее витков.....................‘.......500
Отв. 245 mGcm
ГЛАВА III
ГАЛЬВАНОМЕТРЫ
ГАЛЬВАНОМЕТРЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
§ 50. Устройство и принцип действия. Гальванометрами
называются высокочувствительные приборы, предназначен-
ные для измерения весьма малых (10-6 и ниже) токов, на-
пряжений и количеств электричества. Необходимость в по-
добного рода измерительных приборах возникает, напри-
мер, при измерении мостовыми методами (см. § 104), где
при помощи гальванометров устанавливается отсутствие
тока в определенной части цепи.
То обстоятельство, что подобными приборами чаще всего
•пользуются для так называемых нулевых методов привело
к тому, что гальванометрами называют приборы, шкалы
которых градуированы не в единицах измеряемой величины,
а имеют лишь равномерные деления. Поэтому при измере-
ниях с помощью гальванометров предварительно опреде-
ляют цену деления.
В практике в настоящее время наибольшее применение
находят гальванометры с подвижной катушкой. Поэтому,
здесь не рассматриваются гальванометры с подвижными
магнитами, электрометры и другие типы гальванометров,
применяемые при специальных лабораторных исследова-
ниях. На рис. 68 показан эскиз гальванометра. Подвижная
часть, состоящая из обмотки, выполненной в виде рамки А,
вращающейся между полюсами сильного постоянного
магнита NS, подвешена на упругой металлической нити Р,
служащей одновременно подводом тока к одному из концов
обмотки. Другой конец ее присоединен к тонкой серебря-
ной спиральке /, соединенной с соответствующим зажимом
прибора. Подвижная катушка вращается вокруг неподвиж-
ного железного цилиндра F, служащего для получения до-
статочно большой плотности магнитного потока в зазоре и
для придания магнитным силовым линиям радиального на-
правления.
103
Так как угол отклонения рамки гальванометра очень
мал, то- для отсчета отклонений приходится прибегать к
искусственным оптическим методам. С этой целью на под-
вижной части гальванометра укреплено небольшое зер-
кальце Z, при помощи которого и отсчитывается угол по-
ворота рамки. Такой способ отсчета носит название зеркаль-
ного, а гальванометр—гальванометра с зеркальным от-
счетом.
Таким образом магнитоэлектрический гальванометр от-
личается от других приборов той же системы (§ 33) лишь
тем, что его подвижная часть подвешена за нити и вместо
Рис. 68. Эскиз магнитоэлектрического галь-
ванометра.
стрелки для отсчета применен световой луч, отражающийся
от зеркальца, укрепленного на подвижной части гальвано-
метра. Такая конструкция гальванометра исключает одну
из основных причин, препятствующих повышению чув-
ствительности магнитоэлектрических приборов,—трение в
опорах и благодаря этому удается построить гальванометр,
измеряющий силу тока 10-9А и меньше.
§ 51. Теория гальванометра с подвижной катушкой.
Подвижная часть гальванометра, отклоняясь под действием
тока в рамке, может подойти к положению равновесия раз-
личным образом в зависимости от тех условий, в которых
происходит это отклонение. Действительно, подходя к по-
ложению равновесия, рамка, благодаря инерции подвижной
части, остановится не сразу, а сначала перейдет это поло-
104
жение, вследствие чего произойдет несколько большее за-
кручивание подвеса; противодействующий момент окажется
больше вращающего и заставит рамку вернуться. Возвра-
щаясь, рамка опять перейдет положение равновесия и тем
самым уменьшит противодействующий момент. Вращающий
же момент, оставаясь по величине прежним, окажется
больше противодействующего и заставит рамку снова дви-.
гаться к положению равновесия. Таким образом рамка
прежде чем остановиться некоторое время будет колебаться
вокруг положения равновесия.
Однако при движении рамки в магнитном поле постоян-
ного магнита витки ее будут пересекать магнитные сило-
вые линии и в обмотке будет индуктироваться э.д.с. Если
при этом цепь гальванометра замкнута, в ней возникает
ток, который будет взаимодействовать с магнитным пото-
ком и создаст пару еил, стремящихся повернуть рамку
гальванометра в направлении, противоположном ее движе-
нию. К этому добавляется еще аналогичное действие, обу-
словленное сопротивлением воздуха при движении рамки.
Поэтому может случиться, что моменты, тормозящие дви-
жение, так называемые моменты успокоения, окажутся на-
столько большими, что воспрепятствуют рамке перейти по-
ложение равновесия. В этом случае рамка, двигаясь к поло-
жению равновесия, плавно подойдет к нему и остановится,
уже не совершая колебаний. Таким образом движение рамки
будет различным в зависимости от условий работы гальва-
нометра, а также в зависимости от'конструктивных данных
самого гальванометра, например, момента инерции.
При этом естественно поставить вопрос: какое движение
наиболее выгодно с точки зрения точности измерения и
быстроты работы? Как выбрать условия работы гальвано-
метра (например, внешнюю по отношению к гальванометру
цепь), данные самого гальванометра, чтобы обеспечить этот
наивыгоднейший характер движения? Чтобы ответить на
эти вопросы, необходимо исследовать движение подвижной
части гальванометра и выяснить, от чего зависит характер
этого движения.
На подвижную часть гальванометра при ее движении
действуют следующие моменты:
1. Вращающий момент, вызванный взаимо-
действием измеряемого тока с магнитным по-
током постоянного магнита. Величина этого мо-
мента, как это было показано в § 33, выражается уравнением:
D = Boswl
и не зависит ни от того, в каком положении находится
105
рамка, в начале ли движения или в конце, ни от скорости
вращения. Этот момент зависит от величины измеряемого
тока. Он обусловливает положение равновесия рамки, а,
следовательно, и величину угла отклонения подвижной
части.'
2. Противодействующий момент, вызванный
закручиванием подвеса. Противодействующий мо-
мент тем больше, чем больше угол отклонения подвижной
части, и определяется выражением (см. § 33 и § 13):
М= И7а,
где, а — угол отклонения,
W—так называемый удельный противодействующий
момент, или момент на единицу угла закручивания.
3. Момент, создаваемый сопротивлением воз-
духа. Этот момент возникает лишь при движении рамки и
всегда препятствует движению, в каком бы направлении ни
двигалась рамка. Он тем больше, чем быстрее движется
рамка и чем больше поверхность соприкосновения с воз-
духом. Когда наступает положение равновесия и рамка ока-
зывается в покое, исчезает сопротивление воздуха и вместе
с ним исчезает момент, вызванный этим сопротивлением.
Поэтому на величину угла отклонения этот момент не ока-
зывает никакогсГ влияния; он влияет лишь на характер дви-
жения рамки, стремясь уменьшить скорость вращения. Мо-
мент, обусловленный сопротивлением воздуха, называется
моментом успоксения.
4. Момент,вызванныйиндуктированнымв об-
мотке рамки током при ее движении в магнит-
ном поле постоянного магнита. Этот момент возни-
кает только в том случае, когда цепь гальванометра зам-
кнута. Действительно, при движении рамки гальванометра
витки ее пересекают магнитные силовые линии и вслед-
ствие .этого в обмотке рамки возникает некоторая э.д.с. Ве-
личина ее зависит от скорости вращения рамки, числа ее
витков, площади рамки и плотности магнитного потока.
Если гальванометр замкнут на некоторое сопротивление га,
то в обмотке рамки будет протекать ток, который, взаимо-
действуя с магнитным потоком магнита, создаёт момент,
всегда направленный навстречу вращающему. Поэтому дей-
ствие этого момента совершенно аналогично действию со-
противления воздуха и всегда направлено к уменьшению
скорости вращения рамки. Объединяя оба эти момента, мы
можем для него написать выражение:
где ® — угловая скорость вращения рамки. Величина Р на-
зывается коэфициентом успокоения и для большинства
гальванометров с подвижной катушкой определяется, глав-
ным образом током, индуктированным в обмотке рамки,
тогда как сопротивление воздуха обычно оказывается ма-
лым. Величина коэфициента успокоения, без учета сопро-
тивления воздуха, определяется выражением:1
502S2W2
ra-\-rg
(15)
где Во — плотность магнитного потока в гауссах,
s — площадь рамки,
w — число витков обмотки,
гд—сопротивление гальванометра.
Как видно из этого выражения, при разомкнутой цепи:
га — оо и Р — 0. Изменяя сопротивление внешней цепи, можно,
таким образом, изменять коэфициент успокоения, а, следо-
вательно, и характер движения рамки.
5. Благодаря тому, что подвижная часть гальванометра
обладает некоторым моментом инерции, при ее движении
возникает еще один момент, обусловленный неравномер-
ностью движения, когда изменяется скорость вращения
рамки. Действие его аналогично тому действию, которое
испытывает пассажир трамвая при изменении скорости пос-
леднего, например при внезапной остановке. Момент инерции
препятствует всякому изменению скорости; он возникает
при наличии ускоренного или замедленного движения. Ве-
личина этого момента определяется выражением:
J-w0,
где ®0—ускорение, положительное или отрицательное,
смотря по тому, как движется рамка: ускоренно или
замедленно и J—момент инерции подвижной части. От со-
отношения между P,J и IF’зависит плавность наступления
положения равновесия. В частности их можно подобрать
так, что рамка, прежде чем занять положение равновесия,
либо совершит несколько колебаний, либо плавно подой-
дет к нему, не переходя положения равновесия.
На рис. 69 показаны три различные случая движения
рамки. Кривая I соответствует случаю колебательного ха-
рактера движения. Режим работы гальванометра вэтом-слу-
1 Здесь для простоты не принято во внимание действие токов, ин-
дуктированных в толще меди обмотки.
J07
чае называется периодическим и имеет место в том случае,
когда:
. Р_
Р 2У71Г
Кривая II соответствует случаю плавного подхода рамки
к положению равновесия и определяется условием:
р
₽ =---> 1-
2VJW
Этот режим работы называется апериодическим. Нако-
нец, кривая III соответствует пограничному случаю, когда
Рис. 69. Кривые движения рамки гальванометра.
периодическое движение рамки переходит в апериодиче-
ское. Этот режим работы определяется условием:
и называется критическим.
Коэфициент р, определяющий тот или иной режим ра-
боты гальванометра, называется степенью успокоения.
Как видно из рис. 69, при слабом успокоении (,9<1) ко-
нечное отклонение ас наступает лишь после нескольких ко-
лебаний. Это установившееся отклонение определяется со-
вершенно так, как и для магнитоэлектрического прибора
(см. § 33):
„ - - Bosw г
108
Хотя теоретически- колебания рамки исчезают лишь че-
рез бесконечно большой промежуток времени, практически
установившееся отклонение наступает уже через несколько
секунд. Время одного полного колебания подвижной части
называется периодом затухающих колебаний и
определяется выражением:
Т=—-
|/ J — 4Т2
Если цепь гальванометра разомкнуть, то момент электро-
магнитного успокоения будет равен нулю, и движение
рамки будет успокаиваться лишь сопротивлением воздуха.
Если бы успокоение отсутствовало полностью (при Р = 0),
то колебания рамки были бы незатухающими. Период этих
незатухающих колебаний был бы равен:
7O = 2lt
Практически уже при разомкнутой обмотке, когда дви-
жение рамки все же успокаивается сопротивлением воздуха,
период колебаний достигает величины близкой То. Поэтому
То называется часто периодом свободных коле-
баний.
Уменьшая сопротивление цепи, на которую замкнута
рамка гальванометра, мы изменяем как период колебаний,
так и, время, в течение которого исчезают эти колебания.
При некотором внешнем сопротивлении успокоение возра-
стает настолько, что колебания подвижной части не возни-
кают вовсе и движение рамки переходит в апериодическое.
Коэфициент успокоения Рк, при котором совершается этот
переход, называется критическим и определяется усло-
вием (16) или, если пренебречь сопротивлением воздуха
[см. уравнение (15)]:
(17)
Сопротивление цепи гальванометра, соответствующее
критическому режиму работы, называется полным кри-
тическим сопротивлением и из (17) получается
равным:
. ___
(t —2/TlF*
(18)
Сопротивление, которым должна при этом обладать
внешняя цепь, на которую замкнут гальванометр, называется
109
Внешним критическим сопротивлением и, оче-
видно, равно:
. га1с = гк—гд,
где гд—сопротивление рамки гальванометра.
Таким образом внешнее критическое сопротивление
гальванометра есть такое наибольшее из возможных со-
противлений, на которое следует замкнуть гальванометр,
чтобы его движение перешло из апериодического в коле-
бательное. Дальнейшее уменьшение сопротивления приводит
к еще большему увеличению успокоения и движение рамки
становится апериодическим.
§ 52. Выбор режима работы гальванометра. В резуль-
тате произведенного исследования мы видим, что в зави-
симости от соотношения между конструктивными данными
гальванометра (J, W) и условиями успокоения подвижной
части (Р) рамка гальванометра занимает положение равно-
весия различным образом, причем во всех трех случаях
движения (периодическом, апериодическом и критическом)
это равновесие наступает теоретически лишь спустя время
t = <x>: Однако практически равновесие наступает значи-
тельно раньше потому, что с уменьшением скорости, т. е.
с приближением рамки к положению равновесия сопротив-
ление воздуха уменьшается не пропорционально скорости,
а значительно медленнее, и при малых скоростях сильнее
способствует установлению равновесия. Кроме того, и это
наиболее существенно, положение равновесия нами может
быть установлено лишь с определенной точностью, напри-
мер с точностью до 0,1 деления. Поэтому, когда рамка от-
клонится, допустим, на 99,9% величины своего конечного
отклонения, наблюдатель уже примет это отклонение за
установившееся. Как показывают расчеты и опыт, наиболь-
шая часть времени, необходимого для установившегося от-
клонения, уходит именно на этот остаток в 0,1%, недоста-
ющий до полного равновесия.
При решении вопроса: какому же из трех случаев дви-
жения следует отдать предпочтение при работе с данным
гальванометром, руководствуются главным образом мини-
мальным временем, необходимым для установившегося от-
клонения, или, так называемым, временем успокоения. Как
показывают расчеты и опыт, время успокоения t зависит
от степени успокоения 0 и периода незатухающих коле-
баний.
На рис. 70 приведена кривая зависимости времени ус-
покоения t в долях периода незатухающих колебаний % от
степени успокоения 0 при различной точности отсчета 8.
110
Как видно из кривых, минимальное время успокоения по*
лучается в условиях периодического режима работы, близ-
ких к критическому. Так, для точности отсчета 1% мини-
мальное время успокоения имеет место при 0 = 0,92 и равно
0,95 То.
Обычно период незатухающих колебаний чувствительных
гальванометров составляет 5—15 сек., следовательно, при
такой точности отсчета время успокоения будет порядка
4,5—14 сек. Таким образом для того чтобы время успо-
коения гальванометра было малым, необходимо сопроти-
вление цепи гальванометра выбрать так, чтобы работать в
условиях, близких к критическому. В этом случае время,
затраченное на измерение, будет минимальным.
§ 53. Чувствительность гальванометра. Как было пока-
зано выше (см. § 51), установившееся отклонение гальва-
нометра определяется выражением:
Bnsw . _ .
а° W~ I ' (19)
Величина Si, представляющая собой отклонение гальва-
нометра, приходящееся на единицу тока в цепи гальвано-
111
метра, носит название чувствительности гальванометра к
току. Чем больше эта величина, тем чувствительнее галь-
ванометр* тем меньшие токи можно им измерить. Обычно
отклонение гальванометра оценивается не угловыми еди-
ницами, а числом делений \ на которое отклоняется свето-
вое пятно по шкале, причем это отклонение, как показано
было выше (§ 15), зависит от расстояния между, зеркальцем
гальванометра и шкалой. Поэтому чувствительностью галь-
ванометра к току условились называть отклонение гальва-
нометра, измеренное в миллиметрах шкалы, отстоящей от
зеркальца на расстоянии одного метра, вызванное токохм в
1 микроампер, проходящим через гальванометр. (Например:
= 200'^5). За единицу силы тока может быть принята и
другая величина—ампер, миллиампер и т. д., но чаще всего
пользуются микроампером.
Величина, обратная чувствительности, т. е. С/ = ~, назы-
вается постоянной гальванометра и численно равна силе
тока, вызывающей отклонение гальванометра на один милли-
метр.
Если принять во внимание, что падение напряжения на
зажимах гальванометра равно:
Ug = Irg,
то уравнение (19) перепишется в виде:
Bosw Ug_
где
„ _Bosw _ Si
:>и Wr г ‘
w' я я
Величина Sv называется чувствительностью гальва ю-
метра к напряжению и аналогично чувствительности к току,
определяется как отклонение гальванометра, измеренное в
миллиметрах шкалы, отстоящей от зеркальца на расстоянии
одного метра, вызванное током, проходящим через гальва-
нометр, когда к его зажимам приложено напряжение в один
/ о ,.mm \ „
микровольт (например, 5„ = 15-^.-1.3а единицу напряже
\ н * /
ния также может быть принята и другая величина — вольт,
милливольт и т. д., но чаще всего пользуются микроволь-
том. Часто, однако, под чувствительностью к напряжению
понимают величину где гк—полное критическое со-
1 Обычно шкала делится на миллиметровые деления.
112
противление. В последнем случае чувствительностью галь-
ванометра к напряжению следует называть отклонение галь-
ванометра, измеренное в миллиметрах шкалы, расположен-
ной на расстоянии одного метра, вызванное напряжением
в 1 pV» приложенным к цепи, состоящей из гальванометра
и внешнего критического сопротивления.
§ 54. Выбор гальванометра. Основанием для выбора галь-
ванометра для измерений должны служить прежде всего
данные той цепи, в которой будет работать гальванометр,
а также величина, подлежащая измерению.
Хотя высокая чувствительность к току и является од-
ним из основных признаков, по которому судят о соответ-
ствии гальванометра его рабочей цепи, тем не менее, не
всегда этот признак является решающим. В самом деле, по-
пытаемся, например, воспользоваться гальванометром фирмы
Гартман и Браун (см. таблицу 6), обладающим чувствитель-
ностью 20 000 гпт/рА для измерения падения напряжения
на зажимах сопротивления г=1049, при силе тока в нем
1-10-8А.
ТАБЛИЦА 6
! № п/п 1 Й « * § Изготовитель © U. С <°! о S ч н Чувстви- тельность к току в mm'p.A Чувстви- тельность к напряж. в mm, р.А Сопротивл. гальваном. в Q Внешнее критическ. сопротив- ление в Q Период неза- тухающих ко- лебаний в сек.
1 2 3 4 5 6 7/ 8 9 10 11 12 „Электроприбор" (Ленинград) . . . МЗГ/1 Тоже МЗГ/2 То же МЗГ/З Мастерские Физич. ин-та (Ленинград) 3-1 Тоже 3-VII Сименс-Гальске . 13831 . „ . 13867 Гартман и Браун . 159 » » • 150 Лидс и Нортуп . . 2290 Кэмбриджская К° . 41811 Кипп и Сыновья . . — 666 25 300 400 10000 100 2 000 10 000 1 200 20000 250 25 100 000 12 000 200 0,1 з,з 0,4 1,4 0.1 1,7 0,1 0,08 0,4 0,1 0,5 5,0 1.0 0,165 4,2 600 5 100 25 2 000 30 3 000 2 500 370 2 200 100 5 800 2 800 47 6000 3 650 45 100000 30 15*000 120 000 2 500 200 000 400 0 100 000 70 000 10 10 36 5,0 7,0 20 5,0 30 10 40 22 1,3
8 Зак. 3924. — Электроизмерительная техника. ИЗ
Если приключить этот гальванометр непосредственно к
сопротивлению г, то общее сопротивление цепи гальвано-
метра окажется равным 122002, т. е. составит 6,0% от кри-
тического сопротивления. Вследствие этого гальванометр
окажется сильнее переуспокоенным (р^;16), и несмотря на
наличие в нем довольно большого тока (около 0,8—10~‘2А,
что соответствует отклонению в 160 mm) рамка достигнет
положения равновесия лишь через 2,5 мин. Для исключения
этого явления „ползучести“ последовательно с гальвано-
метром следует включить сопротивление, близкое к крити-
ческому,' т. е. порядка 200000Q, а это приведет к тому,
что отклонение гальванометра получится равным 10 mm, что,
конечно, совершенно неприемлемо.
В тоже время для измерения небольших токов при срав-
нительно больших' сопротивлениях указанный выше галь-
ванометр был бы весьма подходящим. В качестве такого
примера можно указать измерение сопротивления изоляции
(§ 113), когда по сути самого метода последовательно с
гальванометром включается сопротивление порядка несколь-
ких сотен тысяч и даже миллионов ом. .
Приведенный пример показывает, что для измерения
малых напряжений следует выбрать гальванометр с боль-
шой чувствительностью к напряжению и малым критиче-
ским сопротивлением, а не руководствоваться только боль-
шой чувствительностью к току.
В отношении критического сопротивления следует вы-
бирать такой гальванометр, у которого это сопротивление
близко к сопротивлению цепи, в которой будет работать
гальванометр.
Весьма существенным фактором, влияющим на выбор галь-
ванометра, является также период его колебаний, так как
время успокоения зависит от периода колебаний. Поэтому
при прочих равных условиях предпочтение следует отдать
гальванометру с малым периодом колебаний, обеспечива-
ющим возможность быстрых измерений, в особенности в
тех случаях, когда измеряемая величина подвержена коле-
баниям и вследствие этого время, предоставленное для из-
мерений, весьма ограничено.
§ 55. Конструкции гальванометров, а) Зеркальные
гальванометры. На рис. 71 показано внутреннее устрой-
ство зеркального гальванометра завода „Электроприбор"в
Ленинграде. Подвижная часть гальванометра состоит из
двух обмоток, одна из которых предназначена для получе-
ния большой чувствительности к току, другая — для боль-
шой чувствительности-к напряжению. Ток к обмоткам под-
водится через специальные подводки, почти не создающие
114
противодействующего момента. Рамка подвешена на брон-
зовой ленте, закрепленной на вершине колонки. В последней
«имеется отверстие с линзой, фокусирующей свет. Гальва-
нометр может применяться и с вертикальным отсчетным
приспособлением, для чего помимо линзы в нем преду-
смотрена еще призма, отклоняющая луч света вниз к шкале (см.
рис. 14). Для предотвращения механических повреждений при
переносе (например, обрыва подвеса) гальванометр снабжен
арретиром, управляемым небольшим*рычажком, выступаю-
щим из корпуса прибора, при повороте которого рамка
Рис. 71. Гальванометр завода „Электроприбор".
несколько приподнимается, прижимается к сердечнику и
при этом нить оказывается не натянутой. Гальванометр
имеет три ножки, регулируя высоту которых можно уста-
навливать гальванометр строго вертикально, пользуясь имею-
щимся на приборе уровнем. Предусмотрено также специ-
альное приспособление, позволяющее в случае надобности
поворотом выведенного наружу прибора рычажка нагру-
зить подвижную часть небольшим маховичком, увеличива-
ющим ее момент инерции; это дает возможность приме-
нять гальванометр для баллистических измерений.1
1 См. баллистический гальванометр (§ 123).
8*
115
Подобное же устройство применено и в гальванометрах
фирмы Гартман и Браун, конструкция которых очень близка
к конструкции гальванометров завода „Электроприбор".
Зеркальные гальванометра изготовляют также Экспери-
ментальные мастерские Физического института при Ленин-
градском университете. Эти гальванометры отличаются ори-
гинальностью и простотой конструкции и благодаря разно-
образию типов охватывают ряд областей применения.
Гальванометр (рис. 72) за-
Рис. 72. Гальванометр Физиче-
ключен в прессшпановый кор-
пус и устанавливается верти-
кально при помощи трех регу-
лируемых винтов на особом
кронштейне. Прибор снабжен
арретирующим приспособле-
нием и уровнем для вертикаль-
ной установки гальванометра.
Благодаря наклонному распо-
ложению магнита удалось по-
лучить весьма компактную
конструкцию.
На рис. 73 изображен весьма
распространенный тип зер-
кального гальванометра, изго-
товляемого фирмой Сименс и
Гальске. Подвижная часть
также подвешена на бронзо-
вой ленте, закрепленной в
верхнем конце трубки, возвы-
шающейся над корпусом галь-
ванометра. Нижний конец
ского института. ленты связан со стержнем,
соединенным с рамкой гальва-
нометра и несущим на себе зеркальце. В окно трубки вста-
влена линза, служащая для фокусирования света; с труб-
кой также связан железный сердечник. Трубка вместе
с подвижной частью и железным сердечником образует
отдельную вставку (рис. 74), которую, в случае надоб-
ности, можно заменить другой и тем самым изменить дан-
ные гальванометра. Каждая вставка снабжена арретирующим
приспособлением, обеспечивающим сохранность подвижной
части при переноске.
В таблице 6 приведены основные данные некоторых
типов зеркальных гальванометров.
б) Стрелочные гальванометры. Установка зер-
кальных гальванометров на прочном основании (стене,
Рис. 73. Гальванометр
фирмы Сименс и Гальске.
Рис. 74. Встав-
ка к гальвано-
метру Сименс и
Гальске.
Рис. 75. Переносный гальва-
нометр Сименс и Гальске.
Рис. 76. Переносный гальва-
нометр на растяжках завода
„Электроприбор*.
фундаменте и пр.) приводит к некоторым неудобствам,
связывая гальванометр с местом его расположения. Эти
неудобства привели к необходимости иметь переносные
гальванометры, не снабженные приспособлением для зер-
кального отсчета, но имеющие достаточно большую чув-
ствительность.
На рис. 75 показан переносный стрелочный гальванометр
на подвесе, изготовляемый фирмой Сименс и Гальске. Кор-
пус гальванометра имеет трубку, в вершине которой под-
вешена подвижная часть, уровень с установочными винтами,
а также арретир. Вместо последнего, при транспортировке
часто замыкают накоротко зажимы гальванометра, тем
самым увеличивая успокоение и препятствуя колебаниям
подвижной части.
Рис. 77. Переносный гальванометр со световым указа-
телем.
Иногда подвижную часть подобных стрелочных гальва
нометров укрепляют на двух ленточных растяжках. Гальва-
нометр при этом имеет, правда, несколько пониженную,
но все же еще достаточно высокую чувствительность,
допуская вместе с тем удобное пользование, так как не
требует строго горизонтального расположения. Подобные
гальванометры (рис. 76) изготовляются заводом „Электро-
прибор" для переносных мостов Витстонэ.
На рис. 77 показан схематический разрез нового перенос-
ного гальванометра на ленточных растяжках фирмы Сименс
и Гальске. Внешний вид vэтого гальванометра подобен
обычному магнитоэлектрическому прибору той же фирмы
(рис. 75). Оригинальным в этом приборе является световой
указатель, применением которого удалось облегчить под-
вижную часть, лишив ее стрелки. Действие указателя
легко уяснить из рис. 77, на котором: Л —лампа накали-
вания, В — двояковыпуклая собирательная линза, С—не-
подвижная стрелка, D — плосковыиуклая линза, Е— пло-
118
ское зеркальце, F— изображение стрелки С на шкале. Чув-
ствительность этих гальванометров близка к чувствитель-
ности зеркальных гальванометров.-
в) Диференциальный гальванометр. Цельй.
ряд схем и методов для измерения различных величин тре-
буют некоторых специальных типов гальванометров. К таким
прежде всего нужно отнести, так называемые, диферен-
циальные гальванометры, которые приме-
няются, главным образом, для сравнения
токов в двух электрических цепях. Для
этого подвижная часть таких гальвано-
метров снабжается двумя одинаковыми
обмотками. По обмоткам пропускаются
токи в таком направлении, чтобы враща-
ющие моменты, создаваемые каждой об-
моткой, были направлены навстречу друг
Другу-
Отклонение подвижной части при таких
условиях будет пропорционально разности
токов в обеих обмотках. При равенстве
токов отклонение гальванометра равно
нулю.
§ 56. Установка гальванометров. Как
уже было указано, зеркальные гальвано-
метры, обладая сравнительно небольшим
противодействующим моментом, очень
чувствительны к механическим сотрясениям
и толчкам. Поэтому ограждение гальвано-
метра от всевозможных механических воз-
действий является совершенно необходи-
мым.
Всякий зеркальный гальванометр дол-
жен быть установлен на прочном основа-
нии; подвижная часть гальванометра
должна располагаться строго вертикально,
для чего каждый гальванометр снабжа-
Рис. 78. Подвес
Юлиуса.
'ется уровнем и установочными винтами. ,
В большинстве -случаев гальванометры располагают
на консоли (см. рис. 14), закрепленной на капитальной
стене; такое расположение гальванометра практически
оказывается вполне надежной защитой от механических
сотрясений, вызываемых, например, работой машин в зда-
нии. Иногда предпочитают применять, так называемый,
подвес Юлиуса (рис. 78), состоящий из трех проволок, на
нижних концах которых закреплена плита для установки
гальванометра. Подобная система хорошо защищает галь-
119
ванометр от сотрясений и находит широкое применение.
Наилучшим решением вопроса остается, однако, установка
гальванометра на специальной колонке, расположенной на
глубоко заложенном в землю фундаменте.
ГАЛЬВАНОМЕТРЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
§ 57. Вибрационные гальванометры. Если магнитоэлек-
трический гальванометр постоянного тока включить в цепь
переменного тока, то подвижная часть не будет отклоняться,
так как она не будет поспевать за быстрыми изменениями
переменного тока. Чтобы подвижная часть гальванометра
могла успевать за изменениями тока, необходимо, чтобы
частота собственных колебаний гальванометра была равна
или, по крайней мере, была близка к частоте переменного
тока. Для этого необходимо уменьшить момент инерции
подвижной части, сделать ее по возможности легкой и
увеличить противодействующий момент, т. е. подвесить
рамку гальванометра на туго натянутой цити. В этом слу-
чае, при равенстве частоты собственных колебаний и ча-
стоты переменного тока, подвижная часть попадет в резо-
нанс с переменным током; силы, вызывающие движение
рамки, будут действовать в такт с колебаниями рамки.
Чем больше будет ток в обмотке рамки, тем больше раз-
мах колебаний подвижной части. По величине этих коле-
баний можно, следовательно, судить о величине измеряемого
тока.
Подобные гальванометры служат для обнаружения и
измерения небольших токов и напряжений в цепях пере-
менного тока и называются вибрационными. Большин-
ство современных вибрацибнных гальванометров устроены
не по типу магнитоэлектрических, а по типу электромаг-
нитных приборов, так как подвижная часть в этом случае
может быть сделана более легкой. В таких гальванометрах
подвижная часть состбит из одного или нескольких листоч-
ков мягкого железа, укрепленных на упругих растяжках.
На тех же растяжках укрепляется небольшое зеркальце',
на которое попадает луч света. Зеркальце отбрасывает
этот луч на прозрачную шкалу. При действии на листочки
переменного магнитного потока, образованного измеряемым
током, подвижная часть приходит в колебание и благодаря
этому световое пятно перемещается по шкале в ту или
.другую сторону. Вследствие сравнительно большой частоты
колебаний наблюдатель при этом видит светлую размытую
полосу, по ширине которой можно судить о размахе коле-
баний, а вместе с тем и о величине измеряемого тока.
120
Чем ближе частота собственных колебаний подвижной
части к частоте измеряемого переменного тока, тем больше
размах колебаний, тем больше, следовательно, чувствитель-
ность гальванометра. Чувствительность достигает макси-
мума при равенстве частот, т. е. в момент резонанса коле-
баний подвижной’ части с измеряемым переменным током.
Поэтому при работе с вибрационным гальванометром его
„настраивают" в резонанс с переменным током/ стремясь
получить наивысшую чувствительность.
На рис. 79 показан вибрационный гальванометр Тинслея.
Между полюсами сильного постоянного магнита М распо-
ложена подвижная часть, основной частью которой явля-
ется железный листок, на которой наклеено зеркальце.
Рис. 79. Вибрационный гальва-
нометр Тинслея.
Рис. 80. Действие магнитных по-
лей в вибрационном гальванометре.
Листок укреплен на нити, натянутой между двумя пружин-
ками, и расположен вдоль силовых линий потока постоян-
ного магнита. Катушка Д, по которой проходит измеряемый
переменный ток, создает переменное магнитное поле и
расположена так, что ее ось перпендикулярна направлению
магнитных силовых линий постоянного магнита. Магнитный
шунт В при помощи винта позволяет в известных * пре-
делах изменять магнитный поток постоянного магнита и
тем самым изменять собственную частоту колебаний под-
вижной части, „настраивать" гальванометр в резонанс
с переменным током.
При отсутствии тока в катушке А листок располагается
вдоль магнитного поля *фм (рис. 80) постоянного Магнита,
при этом луч светЗ, отражаясь от зеркальца, попадает на
нулевую отметку прозрачной шкалы. Переменный магнит-
ный поток, создаваемый катушкой А, перпендикулярен
потоку фм. В тот момент, когда переменный магнитный
121
поток достигает положительного максимума —р Ф,„ (рис. 80),
результирующее магнитное поле ф'г направлено по диаго-
нали прямоугольника, построенного на отрезках фм и фт.
Вдоль силовых линий этого результирующего потока и
расположится железный листок. По мере уменьшения фт
результирующее поле перемещается в пространстве, при-
ближаясь к фм; вместе с ним перемещается и железный
листок. В тот момент, когда переменный поток достигнет
отрицательного максимума, результирующее поле будет
направлено уже по линии Ф/ и подвижная часть займет
Рис. 81. Схематическое устрой-
ство вибрационного гальвано-
метра Шевинга и Шмидта.
Рис. 82. Гальванометр Шеринга
и Шмидта.
такое положение, чтобы железный листок расположился
по направлению силовых линий результирующего t поля.
Таким образом, если частота собственных колебаний близка
к частоте переменного магнитного потока фт, подвижная
часть будет колебаться между двумя крайними положе-
ниями ф/ и ф,". Чувствительность гальванометра Тин-
слея к току составляет 18 mm/jiA при сопротивлении в 250 S,
а чувствительность к напряжению 0,15 mm/p.V при сопро-
тивлении в 40 Q.
На рис. 81 показано схематическое устройство, а на
рис. 82—внешний вид одного из наиболее распространенных
вибрационных гальванометров системы Шеринга и Шмидта.
Железный листок а размерами 4x4X0,06 шт закреплен на
растяжке из фосфористой бронзы и расположен между
полюсами двух электромагнитов с и d, создающих перемен-
122
ное магнитное поле. На железный листок, кроме того, дей-
ствует магнитное поле электромагнита Ь, питаемого вспо-
могательным постоянным током. Обмотки электромагнитов
переменного тока включены таким образом, что перемен-
ное магнитное поле перпендикулярно полю электромагни-
та Ь. Благодаря этому, при наличии в катушках электро-
магнитов с и d переменного тока, подвижная часть будет
совершать колебания вокруг среднего положения, соответ-
ствующего изображенному на рис. 81.
Так как здесь постоянное магнитное поле создается
вспомогательным током, а не постоянным магнитом, на-
стройку гальванометра можно производить во время рабо-
ты, не касаясь прибора. Гальванометр конструируется таким
образом, что подвижная часть монтируется в специальной
оправе. Это позволяет пользоваться различными подвиж-
ными частями, рассчитанными на различные частоты. Так,
вибрационный гальванометр фирмы Гартман и Браун (рис. 82)
снабжается двумя вставками: одна на ^0 — 75 Hz, другая
на 30—160 Hz. Чувствительность этого гальванометра
к току при частоте 50 Hz составляет 5,7 mm/uA и дости-
гает 12,5 mm/p-A при частоте 30 Hz.
§ 58. Электродинамические гальванометры. Гальвано-
метр электродинамической системы, иногда называемый
электродинамометром, состоит из подвижной катушки, под-
вешенной на упругой нити’и расположенной в поле, созда-
ваемом парой неподвижных катушек. Подвижная и непод-
вижная катушки либо соединяются последовательно и
тогда по обеим проходит измеряемый ток, либо неподвиж-
ные катушки питаются независимо, а измеряемый ток про-
ходит только по подвижной катушке.
В случае последовательного соединения катушек, откло-
нение подвижной части прибора пропорционально квад-
рату измеряемого тока (см. § 35);
а = С7/,
где С—коэфициент пропорциональности, зависящий от
числа витков и размеров катушек, а также от размеров
и материала подвеса, 1Х — сила измеряемого тока.
Чувствительность к току электродинамического галь-
ванометра с последовательным соединением катушек зави-
сит от силы измеряемого тока. Она тем меньше, чем мень-
ше отклонение. При последовательном соединении- чувстви-
тельность очень невелика, поэтому обычно предпочитают
пользоваться, так называемым, „независимым возбужде-
нием", когда неподвижные 'катушки питаются вспомога-
тельным током значительно большей величины, чем изме-
123
ряемый. Независимое возбуждение имеет еще и-то преиму-
щество, что чувствительность остается постоянной при
любых отклонениях гальванометра и не зависит от силы
измеряемого тока. При независимом возбуждении имеем:
« = С//г,
где I—сила тока в неподвижных катушках.
Чувствительность к току в этом случае:
и пропорциональна силе тока /. Поэтому последнюю вы-
бирают, по возможности, большой.
Градуировка электродинамических гальванометров про-
изводится на постоянном токе, так как индуктивность
катушек обычно невелика и градуировка на постоянном
токе сохраняется и при работе прибора на переменном
токе.
. Электродинамические гальванометры находят главное
применение при точных измерениях переменных токов и
напряжений малых величин. Ими можно пользоваться на
переменном токе частотой до нескольких сот герц. При
более высоких частотах появляются заметные погрешности,
обусловленные индуктивностью обмоток, а также токами
Фуко, возникающими в металлических частях приборов,
вследствие чего уже нельзя пользоваться постоянной,
определенной на постоянном токе..
Вследствие малой величины собственно магнитного поля,
электродинамический гальванометр подвержен сильному
влиянию внешних магнитных полей. С целью уменьшения
этого влияния систему катушек окружают железным экра-
ном'.
Необходимое критическое успокоение (см. § 52) дости-
гается при помощи воздушного успокоителя. При этом коэ-
фициент успокоения почти he зависит от сопротивления
цепи, в которую включен гальванометр, и во всех случаях
остается наивыгоднейшим, близким к критическому.
Электродинамическими гальванометрами часто пользу-
ются также для измерения мощности. В этом случае схема
включения гальванометра ничем не отличается от схемы
включения обычного ваттметра (см. § 131).
На рис. 83 показан электродинамический гальванометр
с магнитным экраном фирмы Гартман и Браун.
Иногда для увеличения чувствительности применяют
ферродинамическую систему (см. § 37) вместо электродина-
124
мической, хотя от этого ухудшаются другие свойства галь-
ванометра, как, например, зависимость показаний от ча-
стоты.
§ 59. Термогальванометры. Устройство термогалъвано-
метров основано на том же принципе, что и описанных
Рис. 83. Электродинамический гальванометр с экраном.
выше приборов термоэлектрической системы (см. § 43).
Так как в данном случае прибор предназначается для из;
мерения малых токов при сравнительно высоких частотах,
то между термопарой и цепью, где производится измере-
Рис. 84. Схема термогальванометра.
Рис. 85. Термогальва-
нометр Дудделя.
ние, нет электрического соединения. Принципиальная схема
такого гальванометра показана на рис. 84.
Измеряемый ток I протекает по подогревателю Т, ко-
торый подогревает спай термопары Е, составленной из
двух разнородных материалов. Возникающая при нагреве
125
спая 'термо э. д. с. измеряется чувствительным магнито-
электрическим гальванометром G. Так как количество вы-
деляющегося в подогревателе тепла не зависит от частоты
измеряемого тока, то градуировать такой гальванометр
можно на постоянном токе. Применяются термогальвано-
метры практически при любых частотах, включая и радио-
частоты.
Чувствительность термогальванометров, сравнительно,
невысока. Так, для термогальванометра Дудделя фирмы
Кембриджская комйания, показанного на рис. 85, чувстви-
тельность такова, что ток 20 уА вызывает отклонение
в 10 mm при расстоянии шкалы от зеркальца в 1 т. Со-
противление подогревателя при этом равно 1000.2.
ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОВТОРЕНИЯ
1. Чем отличаются гальванометры от стрелочных приборов?
2. Какие три режима работы гальванометра Вы знаете?
3. Каков на-ивыгоднейший режим работы и чем он опре-
деляется?
4. Что такое чувствительность к току и чувствительность
к напряжению?
5. Что такое критическое сопротивление?
6. Для чего служит подвес Юлиуса?
7. Почему при работе с вибрационным гальванометром его
„настраивают" в резонанс с частотой измеряемого тока?
8. Какие преимущества дает „независимое возбуждение*
в электродинамических гальванометрах?
ГЛАВА IV
САМОПИШУЩИЕ ПРИБОРЫ И ОСЦИЛЛОГРАФЫ
САМОПИШУЩИЕ ПРИБОРЫ
§ 60. Общие соображения. В случае быстрых или, на-
оборот, очень медленно изменяющихся процессов, нельзя
ограничиться только показывающими измерительными при-
борами, а необходимы приборы, показания которых авто-
матически записываются.
В основном такие приборы разделяются на две группы:
1) самопишущие приборы, 2) осциллографы.
Самопишущие приборы служат для регистрации срав-
нительно медленно изменяющихся процессов, например,
для записи силы тока, напряжения, мощности или частоты
генераторов и^т. д.
Осциллографы предназначаются для записи быстро изме-
няющихся процессов, например, для записи мгновенных зна-
чений переменного тока, для записи перенапряжений в эле-
ктрических сетях и т. п.
Всякий самопишущий прибор имеет измеряющий меха-
низм, указатель которого, передвигаясь по бумаге (или
какой-либо другой поверхности), отмечает на ней, тем или
иным способом, свое положение. Бумага при этом пере-
двигается с помощью специального механизма в направле-
нии перпендикулярном направлению движения пера, в ре-
зультате чего получается диаграмма изменения измеряемой
величины.
Например, в самопишущем ваттметре завода „Электро-
прибор“, изображенном на рис. 86, стрелка а снабжена
пером Ь, которое, передвигаясь вдоль бумаги с, перемеща-
ющейся при этом сверху вниз, чертит на ней диаграмму
измеряемой мощности.
Способы записи самопишущих приборов.разделяются на
две группы: непрерывные и точечные.
Основными способами непрерывной записи являют.ся':
запись пером и чернилами по бумаге; запись царапаньем
по стеклу или целлулоиду; запись острием по бумаге,
127
покрытой сажей или воском, и запись лучом света на све-
точувствительной бумаге.
К точечным способам записи относится запись с по-
мощью падающей дуги и искровая запись. Наибольшее
распространение из-за удобства в эксплоатации получили
из первой группы — запись пером и чернилами по бумаге
и из второй группы — запись с помощью падающей дуги.
Соответственно этим двум основным способам записи,
рассмотрим две основные группы самопишущих приборов:
самопишущие приборы с не-
прерывной записью чернилами
и самопишущие приборы с
падающей дугой. Отличаясь
друг от друга измеряющим ме-
ханизмом и пишущим устрой-
ством, эти две группы прибо-
ров могут иметь одинаковые
по форме диаграммы и оди-
наковый способ передвижения
бумаги.
§ 61. Формы диаграмм.
Применяемая для записи бу-
мага им^еет вид ленты или
диска. Лента game всего бы-
вает навита на ролик, с которо-
го она сматывается специаль-
ныхМ механизмом, для чего она
снабжается по краям перфора-
цией (рядом отверстий), в ко-
торую заходят штифты веду-
щего ролика или барабана.
Перфорация делается* в зави-
симости от ширины ленты и
формы поверхности с одной
Рис. 86. Самопишущий прибор
завода „Электроприбор*.
или с двух сторон. В последнем случае с одной стороны
отверстия часто делаются продолговатыми, что обеспечи-
вает попадание штифтов в перфорацию при могущих иметь
место небольших изменениях ширины бумаги. Ширина
ленты в приборах разной конструкции колеблется от 60
до 400 mm. Запас бумаги в рулоне меняется в пределах
от 10 до 100 т. В некоторых конструкциях лента оберты-
вается один раз вокруг барабана, делающего чаще всего
один оборот в сутки, однако такой способ менее удобен,
чем предыдущий, так как требует регулярной смены бу-
маги, и, кроме того, пригоден только в случае малой ско-
рости передвижения её.
128
Ток как подвижная часть обычных измерительных при-
боров совершает вращательное движение, то в том случае,
если указатель ее непо-
средственно снабжается пе-
ром, запись получается кри-
волинейной (см. рис. 87).
Для получения прямо-
линейной записи (см.
.рис. 91), являющейся бо-
лее наглядной и удобочи-
таемой, чем криволинейная,
многие приборы снабжа-
ются специальными выпря-
мляющими механизмами,
преобразующими враща-
тельное движение подвиж-
ной части измеряющего
механизма в прямолиней-
ное движение пера по бу-
маге.
Для облегчения чтения
диаграмм на бумагу, обыч-
но, наносится сетка, на
случай же применения* чис
подходящей сеткой, многие
Рис. 87. Образец ленты с криволи-
нейной записью.
?ой бумаги или бумаги с не-
приборы снабжаются прозрач-
Рис. 88. Образец криволинейной записи на диске.
9 Зак- 3924. — Электроизмерительная техника.
129
ними линейками с ^лениями или специальными штемпе-
лями.
В случае записи на диске (рис. 88) последний делает
чаще всего 1 оборот в сутки или в 7—8 дней. Уступая
записи на барабане в наглядности и удобочитаемости полу-
чаемой диаграммы, запись на диске имеет то преимуще-
ство, что при ней видна вся диаграмма. Как и в случае
записи на ленте, 'запись на диске может быть и прямоли-
нейной и криволинейной (см. рис. 88).
§ 62. Способы передвижения бумаги. В большинстве
самопишущих приборов бумага передвигается пропорцио-
нально времени. В самопишущих приборах с записью на
диске для вращения последнего почти исключительно при-
меняется часовой механизм. В самопишущих приборах
с записью на ленте, кроме привода от часового механизма,
применяется еще привод от центральных часов и привод
от электрического двигателя. Изменение скорости передви-
жения бумаги, в большинстве случаев, производится посред-
ством сменных шестерен. В некоторых же приборах это
изменение достигается с помощью рычажной передачи.
Применяемые в самопишущих приборах часовые меха-
низмы имеют анкерный или цилиндрический ход и обычно
заводятся от-руки, причем завод производится, в зависи-
мости от скорости передвижения бумаги и конструкции
механизма, на время от одного часа до одного месяца.
В некоторых самопишущих приборах применяются спе-
циальные электрические двигатели, автоматически произ-
водящие подзавод механизма. Погрешность таких часовых
механизмов, обычно, бывает не менее одной минуты
в сутки.
В тех случаях, когда в одной установке применяется
несколько самопишущих приборов, привод бумаги целесо-
образно производить от центральных часов. Для этой цели
каждый прибор снабжается электромагнитом, цепь кото-
рого регулярно замыкается либо непосредственно, либо
через усиливающее ток реле, центральными часами. За ка-
ждое включение электромагнит производит необходимое
передвижение бумаги, причем последнее чаще всего про-
исходит скачкообразно. Для того чтобы запись при этом
не была слишком ступенчатой, передвижение бумаги за
один, получаемый от центральных часов, импульс, обычно
не превосходит >|3 mm. Поэтому при центральных часах,
дающих один импульс в минуту, скорость бумаги не пре-
вышает 20 mm в час. Для получения большей скорости
необходимо либо увеличивать число импульсов, даваемых
центральными часами, либо применить для передачи от
130
электромагнита к бумаге специальный пружинный меха-
низм, осуществляющий более плавное ее передвижение.
Такими методами удается повысить скорость бумаги
до 240 mm в час. Центральные часы, обычно, делаются
маятниковыми и имеют большую точность, чем индиви-
дуальные часовые механизмы. Привод от центральных
часов, будучи при обслуживании одними часами нескольких
приборов дешевле и конструктивно проще привода инди-
видуальными часовыми механизмами, обеспечивает в то же
время большую мощность, а следовательно и большую
надежность при перемещении бумаги и к тому же осуще-
ствляет синхронное ее
перемещение во всех/
обслуживаемых одни-
ми часами, приборах.
Большое распро-
странение для пере-
мещения бумаги по-
лучили электрические
двигатели, которые,
будучи дешевле и
проще часовых ме-
ханизмов, обладают
вместе с тем большей
чем они мощностью и
обеспечивают боль-
ший диапазон скоро-
стей передвижения бу-
Рис. 89. Двигатель Воррена.
маги.
В специальных типах самопишущих приборов, в кото-
рых двигатель служит не только для передвижения бумаги,
но и для приведения в действие различных механизмов,
применяются синхронные двигатели, для пуска которых их
необходимо развернуть рукой, или двигатели, скорость
-которых поддерживается постоянной с помощью центро-
бежных регуляторов.
В обычных же типах самопишущих приборов, в кото-
рых вполне достаточно иметь момент на оси, делающей
один оборот в минуту порядка 1000 Gem, получили
широкое распространение небольшие однофазные синхрон-
ные двигатели Воррена (см. рис. 89) с асинхронным пус-
ком.
Обмотка возбуждения G этого двигателя, включаемая
в сеть переменного тока, создает в статоре двигателя маг-
нитный поток, который проходит через два полуполюса
А и В. В воздушном зазоре С, благодаря короткозамкну-
9-
131
тым виткам из красной меди, одетым на полуполюсы А,
получается вращающееся магнитное поле. Увлекаемый
этим полем якорь D ез вольфрамовой стали делает при
частоте 50 Hz 3000 оборотов в минуту; выходящая же через
крышку F ось двигателя делает, благодаря замедляющей
передаче Е, всего лишь один оборот в минуту. Вращаю-
щий момент на этой оси зависит от числа насаженных на
одну и ту же ось роторов D и составляет обычно около
1000 Gem на оси, делающей один оборот в минуту. На-
правление вращения ротора двигателя Воррена зависит
только от расположения короткозамкнутых витков.
Двигатели Воррена обеспечивают точное передвижение
бумаги только в том случае, если частота переменного
тока поддерживается строго постоянной. И: мщение ча-
стоты на 0,1% вызывает погрешность в передвижении
бумаги, составляющую 1,5 минуты в течение суток.
В самопишущих приборах с записью на ленте, сматы-
ваемой с ролика, конец ее или выпускается наружу при-
бора и должен периодически отрезаться, или, как это де-
лается в большинстве приборов, наматывается на катушку,
вращение которой при наличии достаточно мощного меха-
низма для подачи бумаги (например, двигателя Воррена)
может происходить от последнего через фрикционное сое-
динение. Такое соединение необходимо потому, что с из-
менением, по мере наматывания бумаги, диаметра катушки,
скорость вращения катушки также должна быть изменена.
В тех случаях, когда устройство для подачи бумаги
является недостаточно мощным (например, часовой меха-
низм), вращение катушки происходит за счет специального
пружинного механизма, завод которого производится от-
руки. В некоторых приборах фирмы Сименс и Гальске
свободный конец ленты складывается в специально преду-
смотренный для этой цели лоток.
§ 63. Приборы с непрерывной записью. Непрерывная
запись с помощью пера и чернил по бумаге, естественно,'
является наиболее желательным видом записи, но она
может применяться только в тех случаях, когда измери-
тельный механизм имеет настолько большой вращающий
момент, что погрешность от трения между пером и бума-
гой не превосходит допустимых пределов.
Конструкции перьев отличаются большим разнообра-
зием, однако, их можно разбить на две основные группы:
1) перья с подвижной чернильницей и
2) перья с неподвижной чернильницей.
Перья первой группы употребляются либо в тех слу-
чаях, когда нет необходимости в большом запасе чернил
132
(рис. 90,а}, либо там, где измерительный прибор позво-
ляет без излишнего утяжеления и увеличения момента
инерции, а следовательно, и времени успокоения приме-
нить перо с большим запасом чернил (рис. 90,а).
Перо а (рис. 90) представляет собою тонкостенный метал-
лический конус, имеющий на конце отверстие диаметром
около 0,1 mm. Вмещая около 150 mG чернил, такое перо, при
Рис. 90. Характерные конструкции перьев.
а~коническое перо завода „Электроприбор", &—капиллярное перо фирмы
Гартман и Браун, с—перо с большим запасом чернил фирмы Сименс и
Гальске.
надлежащем его качестве и хорошем уходе за ним, позво-
ляет произвести запись длиною до 100 ш, что при скоро-
сти передвижения бумаги 20 шш в час и при небольших
изменениях измеряемой величины составляет, примерно,
3—6 дней.
При желании получить еще более длительное время записи
можно применить перо с (рис. 90), представляющее собою
стеклянный сосуд с впаянной в него капиллярной трубкой,
Имеющей на конце металлический наконечник.
133
Перья второй группы применяются в тех случаях, когда
желательно производить запись легким пером, располагая
при этом большим запасом чернил (рис. 90, Ь). Перо b —
стеклянный капилляр, один конец которого перемещается
в чернильнице, расположенной вдоль бумаги. Недостатком
такого пера является слишком открытая форма черниль-
ницы, что влечет за собой быстрое высыхание и загрязне-
ние чернил. Вследствие этого некоторые фирмы помещают
чернильницу над осью вращения стрелки. Перо предста-
вляет собою трубочку, один конец которой опущен в чер-
нильницу, в то время как другой передвигается по бу-
маге. Чернильница в этом случае может быть выполнена
более закрытой.
При больших скоростях записи лучше всего пользо-
ваться коническими перьями, так как они обеспечивают
более быструю подачу чернил, чем капиллярные, которые
при этом дают прерывистую линию. Наоборот, при мед-
ленных скоростях бумаги наиболее подходящими являются
капиллярные перья. Вследствие этого, многие фирмы снаб-
жают свой прибор перьями обоих типов.
Для очистки перьев их промывают водой или спиртом,
отнюдь не прибегая к механическим методам чистки, кото-
рые влекут за собой износ пера.
Перья подвешиваются на конце указателя b (см. рис. 86)
так, что могут вращаться вокруг точки подвеса и прижи-
маются к бумаге с помощью противовеса. Отверстие пера
должно быть расположено достаточно далеко от точки
подвеса, чтобы перо могло следить за неровностями бумаги.
Запись большей частью производится чернилами фиолето-
вого или красного цвета. Кроме красителя, который обычно
растворяется в воде, в чернила вводят глицерин и патоку,
препятствующие их высыханию. Каждая фирма рекомендует
применять только свои чернила, состав которых она держит
в секрете. Чернила должны как можно дольше не высы-
хать в чернильнице и как можно быстрее высыхать на
бумаге, не расплываясь на ней. Вязкость чернил должна
соответствовать применяемому типу пера.
Чтобы уменьшить трение пера о бумагу и устранить его
загрязнение, бумага должна быть гладкой и не иметь вор-
синок. Бумага, во избежание расплывания чернил, должна
быть также хорошо проклеенной. Чаще всего применяется
пергаментная бумага. В случае записи на бумажной ленте
последняя должна быть по возможности более тонкой, чтобы
при том же диаметре рулона получить максимальный запас
бумаги. Усадка (изменение размеров) бумаги под влиянием
различной влажности воздуха должна быть минимальной,
134
так как она влечет за собой погрешность, .достигающую
иногда нескольких процентов.
При пользовании самопишущими приборами необходимо
обращать большое внимание на правильность выбора
скорости передвижения бумаги. Нужно стремиться применять
Рис. 91. Диаграмма при скорости бумаги 20 и 120 миллиметров в час.
по возможности малую скорость, так как в этом случае
уменьшается расход бумаги, а с другой стороны, запись
получается более наглядной и легко обозримой. Однако,
уменьшение скорости бумаги ограничивается скоростью
изменения измеряемой величины. Если измеряемая величина
135
Рис. 92. Крючкообразная
стрелка.
подвержена быстрым изменениям, то при слишком медлен-
ном передвижении бумаги запись получается смазанной,
во избежание чего скорость передвижения бумаги необхо-
димо увеличить (см. рис. 91), что достигается, как уже гово-
рилось, в большинстве приборов с помощью сменных шес-
терен. Следует только помнить, что эта скорость должна
соответствовать времени успокоения подвижной части при-
бора, так как при слишком большой скорости бумаги при-
бор может записать не кривую изменения измеряемой вели-
чины, а кривую возникающих при этом изменений ссбст-.
венных колебаний подвижной части.
Как уже указывалось в § 61, для
получения прямолинейной записи не-
обходимо превратить вращательное
движение подвижной части в прямо-
линейное движение пера.
В приборах с непрерывной за-
писью это достигается применением,
так называемой, крючкообразной
стрелки (рис. 92) или с помощью
специальных выпрямляющих меха-
низмов (рис. 93).
Способ выпрямления записи с по-
мощью крючкообразной стрелки, при-
меняемой фирмами Гартман и Браун,
АЭГ и заводом „Электроприбора, за-
ключается в том, что лента, на ко-
торой происходит запись, изгибается
по образующей цилиндра, ось кото-
рого совпадает с осью подвижной части, а стрелке при-
дается вид крючка с подвешенным на конце пером. Про-
тивоположный конец стрелки представляет собою крыло
магнитного успокоителя, играющего в то же время роль
противовеса. Такое устройство, отличаясь своей про-
стотой, вместе с тем не искажает шкалу прибора и не со-
здает дополнительного момента от веса чернил, так как ось
подвижной части измеряющего механизма при применении
этого устройства расположена вертикально.
Основными типами выпрямляющих механизмов являются:
эллиптический выпрямляющий механизм, лемнискатный ме-
ханизм и механизм с качающимся пером.
Наибольшее распространение из этих механизмов полу-
чил эллиптический выпрямляющий механизм (рис. 93), при-
меняемый фирмой Сименс и Гальске.
Принцип действия этого механизма заключается в том,
что подвижная часть измерительного прибора, вращающаяся
136
вокруг оси А, несет на себе рычаг/15, шарнирно связанный
в точке В со стрелкой СО. Конец стрелки С снабжен роли-
ком, свободно передвигающиеся вдоль направляющих Е;
благодаря этому, другой конец стрелки О описывает линию;
приближающуюся при определенных соотношениях между
размерами АВ, ВС и CD к прямой.
Рис. 93. Эллиптический выпрямляющий механизм.
Недостатками этого механизма являются его сложность
и наличие дополнительного трения в шарнирах и напра-
вляющих., Кроме того, при его применении шкала прибора
получается искаженной, так как в ней зависимость переме-
щения пера от угла отклонения подвижной части не является
прямолинейной.
Измеряющие механизмы самопишущих приборов с за-
писью чернилами, как уже указывалось, должны обладать
137
Гис. 94. Самопишущий прибор з?вода
„Электроприбор" со снятым кожухом.
л—рулон бумаги, Ь—ведущее бумагу зубчатое
колесо, с—наматывающий ролик, крючко-
образная стрелка, е—шестерни, /—пружинный
ремень для вращения наматывающего ролика,
g—набор сменных шестерен.
тромагнитными успокоителями.
достаточно большим вращающим моментом для того, чтобы
трение между пером и бумагой не вызывало больши^погреш-
ностей. Это трение уменьшается при движении бумаги,
вследствие чего при испытании самопишущих приборов
необходимо, чтобы их бумага двигалась.
Кроме того, в приборах с горизонтальной осью и криво-
линейной записью получается добавочный момент, созда-
ваемый весом чернил,
величина которого изме-
няется в зависимости от
степени наполнения пера
и поэтому не может
быть учтена при градуи-
ровке. Это снова приво-
дит к необходимости рас-
полагать большим вра-
щающим моментом. В вы-
прямляющих механизмах
вес чернил не вызывает
дополнительного вра-
щающего момента.
Вследствие всего этого
у приборов с записью
чернилами вращающий
момент измеряющих ме-
ханизмов обычно бывает
порядка 10 Gem. В ка-
честве таких измеряю-
щих механизмов, глав-
ным образом, применя-
ются магнитоэлектриче-
ские и ферродинамиче-
ские системы больших
размеров, которые, вслед-
ствие большого вращаю-
щего момента и боль-
шого момента инерции
подвижной части, снаб-
жаются мощными элек-
Иногда в таких прибо-
рах применяются и жидкостные успокоители.
Приборы с непрерывной записью естественно могут одно-
временно записывать только одну кривую. Для получения
нескольких кривых некоторые конструкции снабжаются
несколькими измерительными системами.
Существуют самопишущие приборы, как, например, само-
138
пишущий ваттметр активной и реактивной мощности фирмы
Сименс и Гальске, в которых с помощью одного измеряю-
щего механизма осуществляется запись двух кривых, для
чего он периодически переключается то для записи одной,
то для записи другой кривой.
Из приборов с записью чернилами в настоящее время
в СССР ОЛИЗом завода „Электроприбор" изготовляются
приборы с крючкообразной стрелкой, внешний вид и вну-
— _•--- ------------------------------ на рИС gg и 04.
треннее устройство которого приведены
Эти приборы имеют
м а гнитоэлектрический
или ферродинамиче-
ский измеряющий ме-
ханизм с электромаг-
нитным успокоителем.
Для передвижения бу-
маги в них применяет-
ся двигатель Воррена,
причем скорость бу-
маги, путем набора
сменных шестерен, мо-
жет быть изменена от
20 до 14 400 миллимет-
ров в час. Вместо дви-
гателя Воррена может
быть применен элек-
тромагнитный меха-
низм с пружинной
' связью между элек-
тромагнитом и сце-
скорость пере-
ПЛЯЮЩИМСЯ С бумагой Рис. 95. Схема прибора с точечной записью,
барабаном для вклю-
чения от центральных часов, рассчитанный на 1 импульс
в минуту и дающий возможность получить
движения бумаги от 20 до 240 mm в час. Ширина рабо-
чей части бумаги равна 110 mm.
Соответственно большому диапазону скорости записи,
к прибору прикладываются два вида перьев: коническое
перо для быстрой записи и капиллярное — для медленной
записи.
§ 64. Приборы с записью точками. В тех случаях, когда
вращающий момент измеряющего механизма слишком мал,
чтобы преодолевать трение между пером и бумагой, напри-
мер, у приборов для измерения температуры, момент которых
обычно бывает порядка нескольких десятков миллиграмм-
сантиметров, применяется запись точками.
139
Принцип точечной записи (рис. 96) состоит в том, что
стрелка Z измеряющего механизма периодически прижи-
мается с помощью падающей дуги В, подъем которой осу-
ществляется с помощью храповика С, к бумаге /?, причем
большую часть периода она остается свободной и поэтому
может беспрепятственно занимать положение, соответ-
ствующее значению измеряемой величины. Вращение храпо-
вика Cz осуществляется обычно тем же механизмом, который
служит для передвижения бумаги. Под бумагой или между
бумагой и стрелкой помещается красящая лента, которая
при опускании стрелки оставляет на бумаге отметки в виде
точек или черточек, из которых при малой скорости пере-
мещения бумаги получается диаграмма. При большой
скорости перемещения бумаги, что бывает, правда, при
точечном способе записи очень редко, отдельные отметки
приходится соединять линией уже при обработке результатов.
При записи на диске под бумагой помещается обычно
диск копировальной бумаги красящим слоем вверх. В тех
случаях, когда красящая лента или бумага находится под
бумагой, последняя делается прозрачной.
Приборами с точечной записью могут быть записаны
только медленно изменяющиеся процессы, так как между
отдельными отметками должен быть оставлен промежуток
времени, достаточный для успокоения подвижной части изме-
ряющего механизма. Благодаря этому, нормально число
записываемых в минуту точек не превосходит шести. Соот-
ветственно малой скорости записи, скорость перемещения
бумаги у таких приборов делается также небольшой, порядка
20—60 mm в час.
Подвижная часть измеряющего механизма вращается либо
на кернах, либо на растяжках, причем в первом случае
стрелка прибора, во избежание затупления и поломки кер-
нов, должна пружинить в вертикальной плоскости.
В приборах с точечной записью выпрямление записи
осуществляется чрезвычайно просто. Для этого придают
концу стрелки ножеобразную форму, а под бумагой поме-
щают прямолинейное ребро, вследствие чего отметки полу-
чаются всегда на одной и той же прямой, являющейся хор-
дой окружности, описываемой концом-стрелки. Недостатком
такого способа выпрямления записи является искаженный
характер шкалы, которая в этом случае получается растя-
нутой по краям^и сжатой в середине.
Большим достоинством точечного способа записи
является возможность записывания нескольких кривых. Для
этого одновременно с падением дуги измеряющий механизм
переключается на различные измерительные схемы. Для того
140
чтобы иметь возможность различать кривые, запись можно
производить различным чередованием точек и' пропусков
(старая конструкция прибора фирмы Сименс и Гальске).
Таким способом удается записывать до трех кривых, причем
первая имеет на каждые шесть падений дуги одну отметку,
вторая — две отметки и третья — остальные три отметки.
Более совершенным способом многократной записи
является запись различными цветами. В новом приборе
фирмы Сименс и Гальске
для этой цели под бумагой
помещена призма с натяну-
тыми на ее грани шестью
красящими лентами. В при-
боре фирмы Гартман и
Браун красящие ленты по-
мещаются над бумагой.
В обоих этих приборах
одновременно с подъемом
падающей дуги происходит
смена красящей ленты. Та-
кими способами удается
записать до шести кривых.
При большом числе кри-
вых в некоторых амери-
канских приборах рядом
с точкой с помощью спе-
циального устройства ста-
вится номер кривой, к ко-
торой эта точка относится,
причем этим методом можно
записать одним прибором
Рис. 96. Самопишущий прибор за-
вода „Пирометр" (внешний вид).
д-г-стрелка, Ь—шкала, с—бумага, d—красящие
до шестнадцати кривых.
В СССР в настоящее
время приборы с точечной
записью выпускаются заво-
дом „Пирометр". Внешний
вид и внутреннее устройство такого
точек представлены на рис 96 и 97.
Прибор этот имеет три красящих
ленты.
прибора на шесть
ленты, помещенных
над бумагой, с помощью которых осуществляется запись до
шести кривых, из которых три наносятся каждая своим
цветом, а три остальные получаются сочетанием двух цветов,
для чего отметки их производятся поочередно то одним, то
другим цветом.
Запись происходит на бумажной ленте с шириной рабочей
части 120 mm, имеющей три скорости передвижения: 20, 40
141
и 60 mm в час. Передвижение бумаги, поднимание дуги
и смена красящих лент происходят с помощью двигателя
Воррена.
Падение дуги происходит один раз в 20 секунд, так что
при записи шести кривых точки одной кривой отстоят друг
от друга на 2 минуты.
§ 65. Специальные типы самопишущих приборов. Наряду
с описанными типами самопишущих приборов, запись в ко-
торых осуществляется с помощью стрелки измеряющего
механизма, существует еще целый ряд приборов (самопи-
Рис. 97. Самопишущий прибор завода „Пиро-
метр" с открытой крышкой и откинутой фер-
мой для бумаги (шкала снята).
а — стрелка, b — измеряющий механизм Гальванометр),
с — ферма с бумагой, d — держатель красящих ленг,
е — указатель номера и цвета записываемой в данный
момент кривой,/—переключатель гальванометра.
шущие реле, самопишущие гальванометры, потенциометры
и т. п.), измеряющий механизм в которых сам не осущест-
вляет записи, а лишь управляет передвижением пишущего
устройства.
Эти приборы применяются в тех случаях, когда изме-
ряющий механизм обладает небольшим вращающим момен-
том, а от прибора в цеДом требуется, наоборот, большой
вращающий момент, необходимый либо только для записи,
либо для автоматического управления теми или иными про-
цессами, контролируемыми самопишущим прибором, либо,
142
наконец, для «регулирования с помощью реостатов тех или
иных измерительных схем (мосгики, потенциометры), в ко-
торые включен измеряющий механизм прибора.
ИНЕРЦИОННЫЕ ОСЦИЛЛОГРАФЫ
§ 66. Общие соображения. Как было указано выше,
осциллографами называются приборы, служащие для наблю-
дения и записи быстро меняющихся явлений. Они приме-
няются, например, для исследования кривых переменного
тока и напряжения, явлений включения и выключения
электрических машин, линий передач, для изучения всевоз-
можных аварийных процессов и др. При помощи осцилло-
графа исследуются также всевозможные механические коле-
бания, которые для этой цели преобразовываются в электри-
ческие.
По принципу устройства осциллографы можно разделить
на:
а) инерционные, подвижная часть которых обладает
некоторой, хотя и небольшой инерцией, предназначенные
для наблюдения и записи сравнительно медленных процес-
сов (до 10 000 Hz);
b) безинерционные, подвижная часть которых образо-
вана пучком электронов, практически не обладающих инер-
цией. Безинерционные или, так называемые,катодные осцил-
лографы применяются для исследования весьма быстропро-
текающих явлений, к которым, например, можно отнести
электрические процессы в радиотехнических схемах.
В практике осциллографов встречаются три вида явле-
ний, подлежащих исследованию:
1) явления стационарного характера, изменяющиеся пе-
риодически во времени, например, процессы, связанные
с переменным током;
2) явления нестационарного характера, наступление ко-
торых во времени заведомо известно или может быть про-
извольно выбрано. К таким явлениям относятся например
процессы включения и выключения машин, работа различ-
ных типов реле и др.;
3) явления, наступление которых не может быть заранее
установлено; к этой группе относятся аварийные процессы
на линиях передач, грозовые явления и др.
Современные конструкции осциллографов обычно дают
возможность наблюдать и записывать явления как первой,
так и второй группы. Третья же группа явлений требует
дополнительных элементов, предусмотренных в конструк-
циях так называемых автоматических осциллографов (§ 70),
143
которые автоматически начинают запись в тот момент,
когда появляется исследуемое явление.
§ 67. Принцип действия и устройство. Основной частью
осциллографа является, так называемый, вибратор, задачей
которого является измерение исследуемого электрического
тока. Подвижная часть вибратора, под действием проте-
кающего по его цепи изменяющегося тока, приходит
в колебание, причем она точно следует за изменениями
тока и, таким образом, воспроизводит всю кривую изме-
нений. Если каким-либо способом записать колебания под-
вижной части вибратора,то полученная запись будет соот-
ветствовать в некотором масштабе кривой исследуемого
явления. Совокупность устройств, служащих для наблюде-
ния и записи колебаний вибратора, вместе с самим вибра-
тором и представляет собой осциллограф.
В качестве вибратора можно применять большинство
существующих измерительных приборов. Необходимо лишь
позаботиться, чтобы подвижная часть вибратора обладала
малой инерцией и могла поэтому успевать за быстрым
изменением исследуемого явления. Наибольшее распростра-
нение в современных осциллографах получили магнитоэлек-
трические и ферродинамические вибраторы. Значительно
реже применяются электростатические и электромагнитные.
Принципиальное устройство магнитоэлектрического ви-
братора показано на рис. 98. В зазоре постоянного магнита М
натянута металлическая нить (шлейф) в виде петли Ь, пере-
кинутой через ролик с. В средней части нить опирается
на две костяные стойки а — а. Для натяжения нити служит
спиральная пружинка /, подтягивающая рычаг, связанный
с роликом. В середине петли наклеено небольшое зер-
кальце z, служащее для наблюдения и записи отклонений
шлейфа.
Благодаря такому устройству подвижная часть вибра-
тора обладает весьма малым моментом инерции и, сравни-
тельно, большим противодействующим моментом, что при-
водит к очень малому периоду собственных колебаний
(см. § 51).
При отсутствии тока в петле зеркальце неподвижно и
луч света, падающий на него, отражается на экран осцил-
лографа в виде светящейся точки а (рис. 99). Если пропу-
стить через шлейф некоторый постоянный ток, то вращаю-
щий момент, возникающий вследствие взаимодействия этого
тока с полем постоянного магнита, вызовет отклонение
петли в ту или другую сторону в зависимости от напра-
вления тока. Зеркальце, жестко связанное с шлейфом, повер-
нется на угол, пропорциональный силе тока, а светящаяся
144
точка на экране сместится и займет некоторое новое поло
жение Ь. Переменный же ток вызовет колебания петли,, раз-
мах которых будет зависеть от мгновенных значений пере-
менного тока. Быстрые колебания зеркальца изобразятся
на экране светящейся полоской с, длина которой пропор-
циональна размаху колебаний вибратора.
Будем теперь перемещать экран или светочувствительную
бумагу, на которую падает луч света, отраженный от зер-
кальца вибратора.Тогда мы увидим следующую картину:т.очка,
соответствующая нулевому поло-
гу жению зеркальца, теперь изобра-
711 а зится прямой линией а', обычно
lljf / называемой нулевой (рис. 99); точ-
4 1k ка, соответствующая постоянному
Рис. 98. Принципиальное
устройство магнитоэлектри-
ческого вибратора.
Рис. 99. Осциллограмма постоянного
и переменного токов.
току, также представится прямой линией Ь', но смещенной
относительно начального положения, а полоска при пере-
менном токе изобразится кривой с'. Таким образом,- на
экране или светочувствительной бумаге луч света будет
„писать" кривую исследуемого явления, воспроизводя все
ее изменения. Масштаб оси абсцисс или, иначе, оси вре-
мени определяется скоростью передвижения бумаги, а точ-
ность записи — толщиной светового штриха, которая зави-
сит от качества оптической системы осциллографа.
Принципиальное устройство оптической системы для на-
блюдения и записи кривых показано на рис. 100. Луч света
от лампы а, пройдя собирательную линзу b и узкую щель с,
попадает на призму rf, при помощи которой пучок напра-
Ю Зак. 3924. — Электроизмерительная техника. . дг
вляется на зеркальце вибратора Z. Отражаясь от зеркальца,
часть лучей при помощи линзы Р попадает на вращающийся
барабан И с зеркальными гранями' и отражается на матовый
экран е в виде точки. Другая часть света попадает на
линзу М и фокусируется на светочувствительном слое
фотографической бумаги, намотанной на вращающийся
барабан k.
В осциллографах для одновременной записи несколь-
ких кривых, в так называемых многовибраторных осцил-
лографах, оптическая схема несколько усложняется (рис. 110),
но принципиально остается той же. Встречаются осцилло-
графы с такой оптической системой, которая не допускает
Рис. 100. Оптическая система осциллографа.
одновременного наблюдения и записи исследуемого про-
цесса. Такая схема содержит в себе призму/ поворачивая
которую можно отбрасывать пучок света от зеркальца
вибратора либо на экран для наблюдения, либо на бара-
бан со светочувствительной бумагой.
§ 68. Вибраторы. Вибратор является важнейшей частью
осциллографа, так как им определяется область приме-
нения его и точность воспроизведения исследуемого про-
цесса. Подобно зеркальным гальванометрам (гл. III) вибра-
торы могут быть различной систему.
а) Магнитоэлектрический вибратор. Кон-
струкция магнитоэлектрического вибратора фирмы Сименс
и Гальске показана на рис. 101. Магнитная система А и
шлейф помещены в цилиндрический сосуд В из пластиче-
146
ской массы с окошечком О впереди для линЪы. Сверху со-
суд закрыт крышкой D из того же материала. Магнит М
из кобальтовой стали с особым срезом полюсных наконеч^
Рис. 101. Магнитоэлектрический вибратор фирмы
Сименс и Гальске.
Рис. 102. Магнитоэлектрический вибратор ОЛИЗа завода „Эле-
ктроприбор".
ников связан со стойкой, к которой укреплен мостик С
с натянутой на нем петлей. Мостик может перемещаться
по специальным направляющим, чем достигается правиль-
Ю* 147
Рис. 103. Вибратор с элек-
тромагнитом.
ное положение" шлейфа в зазоре магнита. Вибратор запол-
нен маслом для успокоения. Сбоку и снизу вибратор снаб-
жен особыми выступами для поворота вибратора при регу-
лировке осциллографа.
Несколько иначе устроен вибратор ОЛИЗа завода „Элек-
троприбор" (рис. 102). Особенностью вибратора является
форма магнита, который служит одновременно и камерой
для успокаивающей жидкости. С двух сторон магнита по-
мещаются боковые платты Рг и Р2, причем задняя Pt служит
основанием для мостика К, на котором смонтирован шлейф.
Устройство для натяжения шлейфа подобно устройству
в вибраторе Сименс и Гальске. Передняя платта Р2 снабжена
окошечком О и линзой для фо-
кусирования луча. Хотя конструк-
ция вибратора и допускает уста-
новку его на осциллографе в двух
положениях, однако, при наличии
в осциллографе нескодьких вибра-
торов желательно, чтобы они рас-
полагались рядом одноименными
полюсами. Для этого вибраторы
соответствующим образом марки-
рованы буквами N и S. Поворот и
наклон вибратора осуществляется
специальным держателем.
В осциллографах некоторых
фирм вместо постоянного магнита
применяется электромагнит (рис. 103). Последний состоит
из ярма А, на который насажены намагничивающие ка-
тушки В — В. Шлейфы вибратора С располагаются между
полюсными наконечниками, находящимися в латунной
трубке, которые вставляются в гнезде электромагнита.
Вибраторы магнитоэлектрической системы с электро-
магнитом обладают рядом существенных недостатков по
сравнению с вибраторами с постоянными магнитами. Глав-
нейшие из них: громоздкость, недостаточная изоляция между
отдельными шлейфами, большое потребление мощности и др.
Кроме того, при включении или выключении намагничиваю-
щего тока возможен обрыв нити. Действительно, исчезаю-
щий при выключении магнитный поток индуктирует в петле
вибратора ток, который, взаимодействуя с полем электро-
магнита, создает большой вращающий момент. Величина
его часто оказывается достаточной для обрыва нити.
Основные данные вибраторов некоторых фирм приведены
в таблице 7.
148
ТАБЛИЦА 7
№ п/п Изготовитель Тип вибра- тора Чувстви- тельность mm mA Соб- ственная частота в воздухе Hz Сопро- тивление шлейфа й
1 ✓ ОЛИЗ завода „Электро- прибор" 1 0,3 5 500 1,2
2 ОЛИЗ завода „Электро- прт бор" П 1,0 3 500 1,2
3 Вестингауз Стандартный 0,17 6 000 0,8
4 5 Тоже Сименс и Гальске . . Высокочув- ствительный 1 11,0 0,77 1500 5 400 5,5 1,0
6 Тоже VIII 50 1 000 4,5
7 » » VII 0,05 20 000 0,7
б) Ферродинамический вибратор,
схематически показанный на рис. 104, предна-
значен для осциллографирования мощности.
Осциллографирование мощности может быть
осуществлено и при помощи двух магнитоэле-
ктрических вибраторов. В этом случае следует
записать одновременно кривую тока и кривую
напряжения. Однако, обработка полученных в
этом случае результатов оказывается весьма
неудобной и кропотливой, так как для полу-
чения кривой мощности требуется произвести
умножение мгновенных значений кривых тока
и напряжения. Поэтому предпочитают для этой
цели пользоваться ферродинамическим вибра-
тором. Вибратор включается в цепь подобно
ваттметру (см. § 131) и тогда его подвижная
часть следит за изменениями мощности и на
светочувствительной бумаге непосредственно
получается кривая мощности.
На рис. 105 показана кривая мощности,
Рис. 104. Фер-
родинамиче-
ский вибра-
тор для ос-
циллографи-
рования мощ-
ности.
снятая при наличии некоторого сдвига <р между током I и
напряжением. Если при этом записать еще и нулевую
линию, то на основании полученной кривой можно вычи-
слить отдельные составляющие мощности. В частности
средняя величина активной мощности может быть полу-
чена из выражения:
149
Реактивная мощность
Pr = Vdb.
Кажущаяся мощность
р. а+ь
2 •
Коэфициент мощности
cos ф =
Рд .
Р а-\-Ь •
Для уменьшения погрешностей, связанных с материалом
сердечника электромагнита, он собирается из отдельных
колец, изготовленных из сплава типа пермаллой (см. §20),
который характеризуется малыми потерями на гистерезис
и токи Фуко.
в) Электростатический вибратор. Описанные
выше шлейфы характеризуются значительным потреблением
мощности и недостаточно высокой изол-цией относительно
корпуса. Поэтому там, где приходится регистрировать
процессы в цепях с сравнительно высоким напряжением
и очень малой мощное 1ью, приходится применять электро-
статический вибратор.
Устройство последнего показано на рис. 106. В электро-
статическом поле, созданном двумя пластинами А— А, поме-
щается петля, подобная шлейфу магнитоэлектрического
150
4
электростатического виб-
ратора.
Р..с. 106. Принципиальное устрой-
ство
вибратора; однако, лента состоит из двух отрезков. Часть,
перекинутая через ролик, изготовлена из непроводящего
материала (шелковая нить), поэтому обе половины лент
— а2 и bY — изолированы друг от друга. В средней
части наклеено зеркальце, причем луч света проникает
через вырез С в одной из пластин. Для успокоения вся
система погружается в масло.
§ 69. Условия правильного воспроизведения кривых. Для
того, чтобы вибратор любой системы правильно воспроиз-
водил исследуемый процесс, тре-
буется, чтобы вибрирующая
часть точно следовала за изме-
нениями отклоняющих сил. Од-
нако, полностью такое условие
выполнимо лишь в системе, не
обладающей инерцией. Наличие
же инерции приводит к искаже-
нию исследуемой формы кривой
как по величине, так и по фазе.
Во всех рассмотренных вибра-
торах момент инерции вибрирую-
щей части не может быть умень-
шен беспредельно, так как это
привело бы, с одной стороны, к
механически ненадежным систе-
мам, а с другой -г к уменьшению
размеров зеркальца, что неиз-
бежно связано с снижением
„фотографической способности"
вибратора, т. е. резкости осцил-
лограммы.
Важнейшими характеристиками вибратора являются:
собственная частота колебаний системы в ‘воздухе, выра-
женная в герцах, и чувствительность, выраженная в милли-
метрах отклонения луча на единицу силы тока в шлейфе,
обычно один миллиампер. Собственная частота подвижной
части вибратора в воздухе связана с конструктивными
данными вибратора условием (см. § 51):
f _ 1 _ 1 ,
Jo 'р
1 о

Чувствительность же определяется уравнением:
W>
151
где TQ — период свободных колебаний,
J—момент инерции подвижной части вибратора,
W—удельный противодействующий момент,
К—постоянная, зависящая от системы вибратора
и расстояния зеркальца от экрана.
Как видно из приведенных выражений, повышение соб-
ственной частоты шлейфа путем увеличения противодей-
ствующего момента неизбежно вызывает уменьшение чув-
ствительности. Другими словами, вибратор, рассчитанный на
высокую частоту, имеет всегда меньшую чувствительность,
нежели тот же вибратор, но рассчитанный на низкую частоту
(см. таблицу 7). Вследствие этого нельзя построить вибра-
тор одинаково пригодный для исследования процессов при
любой частоте и высокой чувствительности. Поэтому вибра-
торы обычно делятся на ряд типов, отличающихся между
собою частотой и чувствительностью.
Качество воспроизведения кривых исследуемого явления
характеризуется двумя величинами: погрешностью амплитуды
и сдвигом кривой во времени. Погрешностью амплитуды
называется разность между амплитудой записанной кривой
и действительным значением этой амплитуды. Погрешность
амплитуды и сдвиг зависят от соотношения между часто-
той исследуемого процесса и собственной частотой вибра-
тора в воздухе и степени успокоения шлейфа. Эта зависи-
мость определяется выражениями:
Для погрешности амплитуды:
У (1 — *i2)2 \ 1000/,°’
Для сдвига:
1—7):
где — отношение частоты исследуемого явления к частоте
собственных колебаний в воздухе,
Р— степень успокоения'(см. § 51),
—погрешность амплитуды,
4 — сдвиг кривой во времени, выраженный в радианах.
На рис. 107 показаны кривые погрешности в зависимо-
сти от отношения частот при разных степенях успокоения р.
Из кривых видно, что можно подобрать такую степень
успокоения, чтобы погрешность не выходила за допустимые
пределы. Обычно степень успокоения в вибраторах колеб-
лется в пределах 0,5 — 0,75 и при этом погрешность
в достаточно большом интервале частот не выходит за
152
допустимые пределы. Из кривых рис. 107 видно также, что
погрешность амплитуды тем меньше, чем больше частота
собственных колебаний в сравнении с частотой исследуе-
мого явления (чем меньше тр. Поэтому обычно выбирают
вибратор так, чтобы не было больше 0,15 — 0,3.
Изменение степени успокоения достигается соответствую-
щим подбором вязкости масла, служащего для успокоения.
Степень успокоения, а вместе с ней и погрешность вибра-
тора в сильной степени зависят от температуры, так как
с изменением последней изменяется вязкость масла.
§ 70. Конструкции осциллографов, а) Многовибра-
торные осциллографы. Все инерционные осцилло-
графы обычно разделяются по своей конструкции на две
Рис. 107. Погрешность амплитуды в зависимости
от отношения частот при различных значениях р.
группы: осциллографы открытого типа и осцилллографы
закрытого типа.
В осциллографах открытого типа вибраторы смонтиро-
ваны независимо от съемочной части осциллографа, в то
время как у второго типа вибраторы связаны со съемочной
частью общим основанием. Примером первого типа может
служить осциллограф фирмы Сименс и Гальске (см. рис. 112),
а второго осциллограф ОЛИЗа завода „Электроприбор"
(см. рис. 113). Последний тип очень удобен в условиях
эксплоатации на подстанциях, контрольных вагонах и др.
Число вибраторов определяется шириной бумаги, на
которой производится запись, и назначением осциллографа.
Наибольшее распространение получили осциллографы
с шестью вибраторами, хотя за последнее время число по-
следних доходит'до 8 — 9. Имеются также осциллографы
и с шестнадцатью вибраторами, приспособленные для
работы в специальных лабораторных условиях.
153
На рис. 108 изображен так называемый блок вибрато-
ров осциллографа фирмы Сименс и Гальске. Вибратор
этого осциллографа показан на рис. 101. Шесть вибраторов
устанавливаются на общей платте, которая, в свою очередь,
укрепляется на столе осциллографа. Винты а служат для
поворота вибраторов, а винты b—для найлона. Двумя
винтами d можно поднимать и опускать весь блок вибра-
тора относительно стола.
Рядом с блоком вибратора помещается отметчик времени Т
(см. рис. 111), служащий для нанесения на осциллограмме
Рис. 108. Блок вибратора осциллографа фирмы Сименс
и Гальске.
кривой известной частоты с целью определения масштаба
времени.
На рис. 109,а показано принципиальное устройство
отметчика времени, а на рис. 109,b — его общий вид.
Отметчик времени состоит из электромагнита Л, с ко-
леблющимся язычком В и угольным микрофоном С. При
напряжении 4 — 6 V постоянного тока сердечник притягивает
к себе язычок. Последний, будучи жестко связанным с уголь-
ной пластинкой D микрофона, поднимает пластинку и тем
самым увеличивает сопротивление цепи микрофона, состоя-
щего из угольного порошка и угольной пластинки. Увели-
чение сопротивления вызывает уменьшение тока и оттяги-
вание язычка от электромагнита; сопротивление микрофона
падает, вызывая вновь притягивание язычка, и т. д. Язычок
настраивается на определенную частоту собственных колеба-
ний, например, 500 или 100 Hz, с которой он непрерывно
154
колеблется. На язычок наклеено такое же зеркальце, как
у вибратора, поэтому колебания язычка воспроизводятся на
светочувствительной бумаге в виде синусоиды известной
частоты.
Оптическая схема осциллографа фирмы Сименс и Галь-
ске показана на рис. 110. Луч света, пройдя через собира-
Рис. 109. Отметчик времени.
а- схема, Ъ—общий вид.
тельные линзы а, расщепляется диафрагмой b на шесть
отдельных пучков, которые попадают на зеркальце вибра-
торов z при помощи шести поворотных призм с.
Весьма ответственной частью осциллографа является
съемочный и визуальный аппарат К (рис. 111). Он объеди-
няет в одном кожухе все механические и оптические
Устройства для наблюдения и записи. Сбоку осциллографа
помещен источник света (дуговая лампа или специальная
155
лампа накаливания), а сзади привешиваются камеры для
светочувствительной бумаги двух типов: барабанная и филь-
мовая. В первой из них бумага обертывается один раз
вокруг барабана, который приводится в непрерывное вра-
щение. Такая камера используется, главным образом, для
съемки процессов, требующих быстрой записи. ^Недостат-
ком барабанной камеры является сравнительно небольшой
отрезок осциллограммы. Для исключения возможности
многократной съемки на одном и том же
месте, в осцил-
Рис. 111. Внешний вид осциллографа Сименс
и Гальске.
лографах устанавли-
ваются электромаг-
нитные и механиче-
ские затворы, кото-
рые допускают съемку
только за один обо-
рот барабана. Регули-
рование скорости вра-
щения барабана осу-
ществляется при по-
мощи коробки ско-
ростей, связанной с
двигателем (ступен-
чатое регулирование)
и при помощи рео-
статов к двигателю
(плавное регулирова-
ние). Регулирование
скорости существенно
еще и потому, что
при определенном со-
отношении скорости
вращения зеркаль-
ного барабана и час-
тоты, питающей ви-
братор, кривая на экране окажется неподвижной, что
весьма желательно при наблюдении кривой.
Фильмовая камера устроена так, что рулон бумаги пере-
катывается с одного валика на другой. Здесь запись может
производиться при малых скоростях, но в течение большого
промежутка времени.
Между блоком вибраторов и съемочным аппаратом
помещаются особые наборы шунтов и добавочных сопро-
тивлений для расширения пределов измерения вибраторов.
Общий вид такого набора показан на рис. 112. Переход
с одного предела измерений на другой осуществляется при
помощи двух переключающих коммутаторов.
156
Под столом подвешены добавочные сопротивления
к дуге, лампе и двигателю.
На рис. 113 показан шестивибраторный осциллограф
ОЛИЗа завода „Электроприбор". Шесть вибраторов раз-
мещаются в передней части осциллографа между перего-
родками из изолирующего материала. Данные этих вибра-
торов приведены в таблице 7. Слева помещается дуговой
фонарь или лампа накаливания. Оптическая схема этого
Рис. 112. Набор шунтов и добавочных сопротивлений к осцил-
лографу Сименс и Гальске.
осциллографа подобна описанной ранее схеме (рис. 110).
Съемочный и визуальный аппарат и шесть комбинирован-
ных ящиков добавочных сопротивлений и шунтов связаны
общим основанием.
В осциллографе предусмотрена возможность управления
процессом съемки на небольших расстояниях.
6) А в т о м а т и ч е с к и ё осциллографы. Для реги-
страции процессов, время наступления которых нельзя
заранее определить, применяются автоматические осцил-
лографы. Последние устроены .так, что при возникновении
аварийных процессов осциллограф автоматически пускается
в ход и запись продолжается во все время аварии. Основ-
157
ное требование, предъявляемое автоматическому осцил-
лографу, заключается в том, что время от начала аварии
до пуска в ход осциллографа должно быть по возможности
малым.
Различные фирмы по-разному решают эту задачу. Слож-
ность решения ее обусловливается тем, что для накала лампы,
вследствие ее световой инерции, и для пуска в ход двига-
теля для перемотки бумаги требуется значительное время.
Поэтому приходится применять специальные устройства,
ускоряющие начало записи.
Рис. 113. Шестивибраторный осциллограф ОЛИЗа завода „Электро-
прибор*.
Наиболее оригинально эта задача решена-фирмой „ДжиИ“
(Америка) (рис. 114). Луч сзета от лампы В попадает через
линзу Л, призму Си затвор D на зеркальце вибратора Е.
От зеркальца он отражается плоским зеркалом О и попа-
дает на'светочувствительную поверхность бумаги в точку К.
При наступлении аварии особое’* реле, связанное с зерка-
лом G, опрокидывает его, отчего луч света перемещается
в точку L. Время, в течение которого луч перемещается
из К в £, оказывается достаточным для того, чтобы двига-
тель начал перематывать бумагу с нормальной скоростью.
По данным фирмы осциллограф начинает нормально запи-
158
сывать процесс по истечении 8—10 тысячных долей секунды
от момента нарушения нормального режима.
' в) Переносные осциллографы. Переносные осцил-
лографы отличаются от стационарных главным образом
своей компактностью и малым весом. В переносном осцил-
лографе фирмы Сименс и Гальске (рис. 115) для уменьше-
ния вёса осциллографа и сохранения широкой области
Рис. 114. Принцип устройства автоматического
осциллографа фирмы „ДжиИ“.
использования применяются две отдельных вставных си-
стемы. Одла система предназначена для съемки на неболь-
ших отрезках бумаги, но со значительной скоростью за-
писи (4 m/s), в другой же запись производится на длинной
передвигающейся ленте с малой скоростью. Основная си-
стема осциллографа содержит в себе три вибратора, осве-
тительную и оптическую системы.
Несколько иначе устроен осциллограф фирмы „ДжиИ“
(рис. 116). На верхней панели помещается ручка для упра-
159
вления поворотом и наклоном двух вибраторов, рукоятка
для перекала лампы при съемке, коммутатор для измене-
ния пределов измерения вибраторов и зажимы для питания
осциллографа. Для съемки исследуемого процесса экран
снимается и на его место
помещается кассета для
пленки или бумаги. По-
следнее является суще-
ственным недостатком по
сравнению с осциллогра-
фом Сименс и Гальске,
тде возможно одновре-
менное наблюдение и
съемка.
г) Демон ст рацион-
ные осциллографы.
Для учебных целей, а
иногда и для промышлен-
ных, конструируются де-
монстрационные осцил-
лографы. Для проекти-
рования исследуемого
процесса на большой
экран применяется боль-
шое зеркальце на вибра-
торе, хотя это и вызывает
уменьшение собственной
частоты колебаний вибра-
тора. На ррс. 117 показан
демонстрационный осцил-
лограф ОЛИЗа завода
„Электроприбор*.
Осветитель А и ви-
братор В жестко скре-
плены между собой в
виде отдельного блока,
закрепленного на штати-
ве С осциллографа. Для
I не. 115. Переносный осциллограф Си-
мене и Гальске.
развертывания изобра-
Рис. 116. Переносный осциллограф „ДжиИ“. Жения служит МНОГОГран-
ный вращающийся ба-
рабан D. Последний приводится во вращение электриче-
ским двигателем или часовым механизмом, помещенным
внутри корпуса.
Осциллограф снабжен также упрощенным приспособле-
нием для фотографирования кривьус на пластинке, пленке
160
или бумаге. Съемка производится перемещением кассеты
мимо щели Е съемочного приспособления К.
БЕЗИНЕРЦИОННЫЕ ОСЦИЛЛОГРАФЫ
§ 71. Принцип действия и устройство. Безинерционные
или катодные осциллографы служат для наблюдения и
записи высокочастотных процессов. Принципиальное устрой-
ство катодного осциллографа показано на рис. 118. Он
Рис. 117. Демонстрационный осциллограф ОЛИЗа завода
„Электроприбор".
состоит из накаленного катода С (рис. 118,а), анода А
и управляющего конденсатора К, помещенных в баллон
с высоким вакуумом. Электроны, вырываясь с поверхности
катода, под действием напряжения, приложенного между
анодом и катодом, направляются к аноду, представляющему
собой пластинку с небольшим отверстием. Часть электронов,
пройдя сквозь анод, образует катодный луч, который затем
попадает на-экран 5. Экраном служит поверхность стеклян-
ного баллона, на который нанесен флюоресцирующий слой.
Катодный луч, попадая на экран, образует на нем светящуюся
точку.
11 Зак. 3924. — Электроизмерительная техника. 161
Пучок электронов получают не только при помощи
нагретого катода. При хорошем вакууме достаточно при-
ложить между анодом и катодом большое напряжение,
чтобы с поверхности катода были „вырваны" свободные
электроны и под действием имеющегося между катодом
и анодом электрического поля двигались к аноду, ускоряя
свое движение по мере приближения к нему. В соответ-
ствии с этим, катодные осциллографы делятся на две группы:
осциллографы с холодным катодом и осциллографы с го-
рячим катодом.
Рис. 118. Принцициальное устройство безинерцконного
осциллографа.
Если к пластинам управляющего конденсатора приложить
некоторое напряжение, то под действием образовавшегося
между пластинами электростатического поля катодный луч
отклонится от своего первоначального пути и попадет
уже в другую точку экрана. Величина отклонения светя-
щейся точки зависит от величины приложенного к конден-
сатору напряжения. Отклонение луча ’'можно получить
и другим способом, применяя вместо электростатического —
магнитное поле. Под действием магнитного поля катушек
В — В (рис. 118,Ь) катодный луч отклоняется в цаправлении,
перпендикулярном магнитным силовым линиям.
Если к отклоняющим пластинам конденсатора К при-
162
А
экран
Рис. 119. Концен-
трирование луча
при помощи ма-
гнитного поля.
дожить переменное напряжение, форму кривой которого
мы желаем исследовать, то на экране мы увидим светлую
полоску, длина которой будет пропорциональна амплитуде
приложенного напряжения. Развернув полученную полоску
по линии времени одним из способов, описанных ниже, мы
можем наблюдать и фотографировать кривую исследуемого
напряжения,
§ 72. Концентрирование катодного луча. Для отчетли-
вого изображения кривой на экране и в особенности для
съемки ее на фотографической пластинке катодный луч
должен образовывать на экране по воз-
можности резкую точку. Между тем, та-
кие явления, как вылет электронов с по-
верхности катода под различным углом,
взаимное отталкивание электронов и ряд
других причин вызывают утолщение пучка
электронов и, следовательно, размывание
пятна на экране. Выделение из общего
числа электронов более узкого пучка при
помощи какой либо диафрагмы привело
бы к сильному ослаблению катодного луча,
поэтому предпочитают применять спе-
циальные методы для его концентрирова-
ния. Таких способов два: электромагнит-
ный и электростатический. Сущность пер-
вого способа заключается в том, что на
пути движения электронов помещается
катушка, ось которой совпадает с напра-
влением движения электронов. Если эле-
ктроны перемещаются строго по оси ка-
тушки, то ее магнитное поле не оказы-
вает действия на движение электронов,
так как его силовые линии совпадают с на-
правлением движения электронов. Если же
электроны отходят от своей линии и образуют, следовательно,
расходящийся пучок, то магнитное поле катушки заставляет
электроны изменить путь своего движения и двигаться
вдоль оси катушки. Большое распространение нашло при-
менение двух коротких катушек, одна из которых А (рис. 119)
расположена между катодом и диафрагмой и по ней щро-
ходит ток такой силы, что точка концентрации лучей полу-
чается в отверстии диафрагмы. Вторая катушка В находится
между диафрагмой и экраном и фокусирует луч на экран.
Такие катушки выполняют роль „магнитных линз", фокуси-
рующих электронный пучок в нужной точке. При помощи
таких катушек удается образовать на экране отчетливую
11* 163
точку весьма малой величины, позволяющую получить чет-
кую кривую исследуемого явления.
Электростатическое концентрирование катодного луча
применяется, главным образом, в осциллографах с горячим
катодом. Принцип устройства электростатического концен-
трирования заключается в следующем. Нить накала трубки
окружается металлическим
отрицательный потенциал,
цилиндром. К цилиндру подается
под действием которого элек
Рис. 120. Образование фигур Лиссажу.
троны отталкиваются к центру и образуют концентрирован-
ный катодный луч.
§ 73. Развертка движения катодного луча во времени.
Как указывалось выше, для наблюдения кривой необходимо
ее развернуть по оси времени. Для этой цели применяют
как механические способы, подобно применяемым в инерци-
онных осциллографах, так и электрические. Однако, все
механические способы развертки пригодны только для
сравнительно низких частот (до 10 000 Hz), поэтому чаще
всего в подобных осциллографах пользуются специальными
электрическими способами. Один из таких 'способов за-
164
«сличается в том, что катодному лучу сообщают второе
отклонение в направлении, перпендикулярном отклонению,
производимому исследуемым явлением. Для получения ука-
занного отклонения пользуются или второй парой отклоняю-
щих катушек, или дополнительным отклоняющим конден-
сатором.
На рис. 120 показана вертикальная линия а, образован-
ная катодным лучом, под действием только одной горизон-
тальной отклоняющей катушки, и горизонтальна^ линия Ь,
образованная действием второй вертикальной катушки.
Оба поля вместе, если они одинаковой амплитуды и фазы,
дают результирующее поле под углом 45°-к горизонту, под
действием которого катодный луч дает наклонную прямую с.
Если же амплитуды магнитных полей равны, а фазы не
одинаковы, тогда вместо результирующей прямой полу-
Рис. 121. Осциллограмма
гистерезисного цикла.
Рис. 122. Схема развертки по оси
времени при помощи неоновой
лампы.
чается эллипс d, который при сдвиге в 90°, обращается в круге?.
Указанные фигуры носят название „фигур Лиссажу". Этим
способом можно записывать периодические кривые. Для
этого вспомогательное отклоняющее поле должно иметь ча-
стоту, одинаковую с исследуемой. На рис. 121 показана
кривая гистерезисного цикла, полученная этим способом.
Другой метод развертки заключается в применении нео-
новой лампы и второго отклоняющего конденсатора. Иссле-
дуемое напряжение подводится к пластинам —А2 (рис. 122).
Пластины — Д2 присоединяются к сопротивлению R.
Параллельно к неоновой лампе М включен конденсатор пе-
ременной емкости С. Неоновая лампа обладает свойством
„зажигаться", т. е. пропускать ток, только начиная с совер-
шенно определенного напряжения. Если замкнуть цепь
батареи В, то конденсатор С начнет заряжаться через со-
противление R. Зарядный ток, а вместе с ним и падение
напряжения на сопротивлении R возрастают приблизительно
165
Рис. 123. Катодный осциллограф ВЭИ.
пропорционально времени. Когда напряжение на зажимах
конденсатора достигнет величины равной напряжению зажи-
гания неоновой лампы, конденсатор быстро разрядился через
неоновую лампу. Так как при этом напряжение на зажимах
неоновой лампы резко упадет, она погаснет, и процесс за-
рядки начнется снова.
Падение напряжения
на зажимах сопроти-
вления при этом из-
меняется так: при за-
ряде конденсатора оно
возрастает сравнитель-
но медленно, а при
разряде резко спадает
до нуля. Такой харак-
тер изменения напря-
жения дает сначала
медленное отклонение
катодному лучу, а за-
тем быстро возвра-
щает луч в начальное
положение. Подбирая
соотношение между R
и С, можно получить
развернутое во вре-
мени и неподвижное
на экране изображе-
ние исследуемой кри-
вой.
§ 74. Конструкции
катодных осциллогра-
фов. На рис. 123 пока-
зано устройство осцил-
лографа ВЭИ (Все-
союзного электротех-
нического института)
с холодным катодом.
В стеклянной трубке А
помещен катод К в
виде усеченного конуса, к которому привинчен алюминиевый
цилиндр с закругленными краями. Второй конец стеклянной
трубки А надевается на медный конус В, служащий анодом.
Две пары отклоняющих пластин b и находятся в камере Z?,
соединяющейся при помощи трубки С с анодом В» Для
изменения чувствительности осциллографа расстояния между
пластинами могут быть изменены. Кроме того, для отклсь
166
нения луча служат катушки III. В верхнем конце трубки
С вставлена пластинка а с отверстием в центре, представляю-
щая собой диафрагму, сквозь которую проходит катодный
луч. Катодный луч концентрируется при помощи двух кату-
шек I и II. Фотографическая кассета ^расположена на дне
камеры и вынимается лишь при снятом конусе Н. Кассета
представляет собой прямоугольную коробку с двумя бара-
банами, на которые наматывается фотографическая пленка
шириной 9 ст. В кассете помещается. около одного метра
пленки для 15 снимков. Перематывание пленки, а также
опускание и поднимание крышки. кассеты производится
при помощи ручек и /<2. При работе осциллографа в нем
поддерживается хороший вакуум.
Рис. 124. Катодный осциллограф „Вестерн Электрик К-о
На рис. 124 показан осциллограф с горячим катодом фирмы
„Вестерн Электрик К-о№. Ка'год -С представляет собой
оксидированную нить, накаливаемую током 1,5 А. Анод А
в виде металлической трубки расположен за диском с от-
верстием D, сквозь которое проходят электроны. Снаружи
смонтированы две пары отклоняющих пластин Е—Е и F—F.
Все детали помещены в стеклянный баллон, укрепленный
на карболитовом основании. Баллон заполнен разреженным
инертным газом (аргон). Главное назначение газа заклю-
чается в том, чтобы концентрировать катодный луч. Сте-
пень концентрации зависит от давления газа и силы элек-
тронного пучка. Подбирая давление и силу тока, получают
желаемую степень фокусирования. К сожалению, наличие
газа в трубке снижает чувствительность осциллографа.
ВОПРОСЫ для ПОВТОРЕНИЯ
1. Какие способы записи в самопишущих приборах Вы
знаете?
2. Каковы рреймущества и недостатки точечного способа
записи?
167
3. Какие требования предъявляются к чернилам для само-
пишущих приборов?
4. Как устроен двигатель Воррена?
5. Каковы преимущества применения центральных часов?
6. Как устроен эллиптический выпрямляющий механизм?
7. Почему в случае применения выпрямляющих механизмов
вес пера и чернил не вызывает дополнительного момента?
8. Каково назначение осциллографа?
9. Чем отличается осциллограф с магнитоэлектрическим
вибратором от катодного?
10. В каком направлении нужно перемещать светочувстви-
тельную бумагу, чтобы развернуть исследуемую кривую?
Какие способы применяются для этого?
11. Каким условиям должен удовлетворять вибратор, чтобы
записанная им кривая не имела искажений?
12. Как устроен вибратор для осциллографирования мощ-
ности? .
13. В каком направлении отклоняется катодный луч магнит-
' |Ным полем?
14. Какие способы концентрирования катодного луча вы
знаете?
15. Объясните схему для развертки кривой по оси времени
при помощи неоновой лампы.
Часть вторая
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
ИЗМЕРЕНИЯ
Scan AAW
ГЛАВА V
ЕДИНИЦЫ И ЭТАЛОНЫ
СИСТЕМЫ ЕДИНИЦ
§ 75. Абсолютная электромагнитная система электри-
ческих единиц. Измерить какую-либо физическую величину
это значит сравнить ее с заранее выбранной единицей из-
мерения. Так, например, чтобы измерить длину, мы непо-
средственно сравниваем измеряемый отрезок с длиной од-
ного метра, выбранного за единицу. В результате мы уста-
навливаем, что в измеряемой длине содержится столько-
то метров, или измеряемая длина составляет такую-то долю
одного метра. Такое сравнение может быть осуществлено
либо ^непосредственно, либо косвенно, как это имеет место
при измерении температуры ртутным термометром, когда
измеряемая температура вызывает расширение ртути
в трубке, имеющей уже готовую шкалу в единицах тем-
пературы.
Таким образом, прежде чем приступать к измерению
какой-либо вгличины, будь то механической или электри-
ческой, необходимо сначала условиться относительно еди-
ницы измерения.
До середины прошлого столетия единицы для различ-
ных величин были выбраны совершенно произвольно и
между единицами различных величин не было никакой
связи. Но уже во второй половине прошлого века ока-
залось, что подавляющее большинство физических еди-
ниц можно свести к трем основным единицам: длины, массы
и времени. Все единицы остальных величин получаются
как производные от этих основных единиц.
За единицу длины был принят сантиметр, за единицу
массы — грамм и за единицу времени — секунда.
Один сантиметр равен одной сотой части эталона метра,
изготовленного из сплава платины с иридием и храняще-
гося в Международном бюро мер и весов в Париже.
Один грамм массы — это масса одного кубического сан-
тиметра химически чистой воды при температуре —4°С.
Одна секунда равна 1 /86400 части средних солнечных суток.
Система единиц, в основу которой положены указан-
ные три основные единицы, носит название абсолютной
системы CGS.
Установить связь между электрическими единицами и
основными единицами сангиметр-грамм-секунда можно двумя
путями. Один путь заключается в том, что, исходя из за-
конов электростатики, в основном из закона Кулона для
взаимодействия двух электрических зарядов, устанавливают
связь всех электрических величин с механическими. Второй
путь — это получение нужных соотношений из законов
электромагнетизма, в основном из закона Био Савара.
В первом случае мы получаем так называемую абсолютную
электростатическую систему электрических единиц CGSE.
Во втором случае — абсолютную электромагнитную систему
единиц CGSM. Так как абсолютная электромагнитная си-
стема электрических единиц встречается значительно чаще,
чем электростатическая, то в дальнейшем рассмотрим ее
подробнее.
Основным законом для определения зависимости между
электрическими величинами и основными единицами (сан-
тиметр, грамм, секунда) является закон Био-Савара, опре-
деляющий силу взаимодействия между магнитной массой и
током, протекающим по проводнику. Для частного случая
кругового проводника и магнитной массы, расположенной
в центре этого круга, закон Био-Савара выражается следую-
щим образом:
2~/т
где F—сила,
I— сила тока,
т — магнитная масса,
г—радиус кругового проводника.
Абсолютная единица силы — дина (dn).
Абсолютная единица длины—сантиметр.
Абсолютную единицу магнитной массы легко установить
из закона Кулона:
1 т,т2
где jx — коэфициент, характеризующий среду, в которой
происходит взаимодействие двух магнитных масс тг и т.г
(проницаемость). Очевидно, что абсолютной единицей
магнитной массы будет такая магнитная масса,
которая действует на равную себе, находя-
щуюся от нее на расстоянии в 1«cm, с силой,
172
равной одной дине, когда взаимодействие про-
исходит в пустоте (у.= 1).
Следовательно, по закону Био-Савара:
2-/п
При r=2s, F= 1 dn и //z = l CGSM мы получим:
/=1 CGSM.
м
Таким образом, абсолютная электромагнитная
единица силы тока — это сила такого тока, кото-
рый, проходя по круговому проводнику ра-
диусом в 2- ст, действует на единицу магнит-
ной массы, расположенной в центре кругового
проводника, с силой равной одной дине.
Для определения единицы количества электричества
можно исходить из равенства:
Q = It.
При силе тока /= 1 CGSM и t — \ s получим:
Q = 1 CGSM .
Т. е. абсолютная электромагнитная единица
количества электричества есть'такое количе-
ство его, которое перемещается одной абсо-
лютной электромагнитной единицей силы
тока в одну секунду через поперечное сече-
ние проводника.
Разность электрических потенциалов — V2 есть работа,
совершаемая при перемещении по проводнику между точ-
ками с этими потенциалами единицы количества электри-
чества, т. е.
д
Электродвижущая сила и напряжение, очевидно, имеют
ту же размерность. Поэтому мы можем дать следующее
определение, например, для единицы напряжения: а б с о-
лютной электромагнитной единицей напряже-
ния будет такое напряжение, при наличии ко-
торого при перемещении абсолютной единицы
количества электричества из точки с высшим
потенциалом в точку с низшим потенциалом
совершается работа в 1 эрг.
173
Определение единицы для электрического сопротивле-
ния легко получается из закона Ома:
*=и~г
Очевидно, что для электрической работы абсолютной
электромагнитной единицей будет абсолютная единица ра-
боты— 1 эрг.
Тогда для электрической мощности абсолютной элек-
тромагнитной единицей будет 1 эрг в секунду.
Совершенно аналогичным путем, пользуясь законами
электротехники, можно установить единицы измерения для
всех остальных электрических величин.
§ 76. Практическая система единиц. В практике элек-
трических измерений пользоваться выведенными выше аб-,
солютными электромагнитными единицами крайне неудобно,
так как они или очень малы, или же очень велики. Поэтому
введены, так называемые, практические единицы, кратные
единицам абсолютной электромагнитной системы.
В качестве основных практических единиц приняты:
а) практическая единица электрической работы 1 джоуль,
равный Ю7 эргов и
б) практическая единица силы тока 1 ампер, равный
КГ1 CGSM.
Имея две практические единицы, мы можем легко уста-
новить соотношения между остальными практическими
единицами и абсолютными электромагнитными'единицами.
Для этого следует воспользоваться упомянутыми выше за-
конами, устанавливающими связь основных электрических
величин между собой.
Практическая единица количества электричества — кулон
(С). Но
Q = И.
Следовательно:
1 кулон—1 ампер X 1 сек. = 10“' • 1 = 10-1 CGSM-
Практическая единица электродвижущей силы и напря-
жения— вольт (V). Напряжение связано с количеством
электричества и работой следующим соотношением:
Поэтому:
. 1 джоуль 107 ,па
1 вольт=—=—— = -—CGS., = 108 CGSU.
1 кулон 10“1 11 м
174
Практическая единица электрической мощности — ватт
(W). Эта работа, совершаемая в единицу времени:
р=4-
Следовательно:
, 1 джоуль 1Л, „„„
I ватт = —;---3-— = IO7 CGS.,.
I сек. м
Практическая единица электрического сопротивления —
ом (2).
По закону Ома:
я-"
или
, 1 вольт
1 ом —---------
Ю8
____ ~Г= CGSM = 1O9CGSM.
I ампер КГ1 м м
Практическая единица электрической емкости — фарада
(F). Пользуясь соотношением:
С — —
С U ’
Связывающим емкость с количеством электричества и на-
пряжением, находим:
1 ж 1 кулон 10—1 „„„ э
1 фарада = —------= -37^- CGSM = 10 CGSU.
* н 1 вольт 108 м м
Практическая единица коэфициента индуктивности и
взаимной индуктивности — генри (Н). Она легко может быть
получена из следующих соображений. Электродвижущая
сила, возникающая в катушке индуктивности при измене-
нии силы тока в ней от Ц до */2, пропорциональна скорости
изменения силы тока и выражается уравнением:
р __г Аг Л
t >
где L — коэфициент индуктивности катушки.
Определяя отсюда L, находим: Е
Ет
L = J- -r-.
t
Аналогично этому коэфициент взаимной индуктивности
равенг- р
М = .
t
175
Следовательно:
, 1 ВОЛЬТ 10® о 1 ло /"'/'"'о
1 генри =----------=------г CGSM — 109 CGS...
к ампер io м м
в сек.
Эти основные единицы часто оказываются все же не-
удобными. Величины, выраженные в этих единицах, полу-
чаются громоздкими. Поэтому из этих единиц составляются
производные единицы умножением или делением на 10",
где п — целое число. Так, например, для силы тока часто
применяются единицы:
1 миллиампер, равный одной тысячной ампера, 1 микро-
ампер, равный одной миллионной ампера.
В таблице 8 приведены наименования производных еди-
ниц, их обозначения и их соотношения с основными.
ТАБЛИЦА 8
Обозначение единиц Наименование единиц Отношение произ- водной единицы к основной
Р ПИКО * 10~12
п нано * ют9
Р- микро 10—8
ш милли 10“3
с санти 10~2
d деци 1U”1
D дека 101
h гекто 102
k кило 103
М мега 106
О гига * 108
Т тер а * 1012
Пользуясь этой таблицей, можно получить все необходимые
единицы. Так, для емкости получаем:
ly.F = 10~6F,
для сопротивления:
1MQ = 1062 и т. д,
* Эти обозначения приняты только в Германии и не утверждены
в международном масштабе.
176
ЭТАЛОНЫ И ОБРАЗЦОВЫЕ МЕРЫ
§ 77. Эталоны электрических единиц. Выбор единицы
измерения не дает еще полностью возможности произвести
измерения, т. е. сравнение измеряемой величины с едини-
цей измерения. Поэтому для производства измерений не-
обходимо вещественное воспроизведение единиц. Такое
вещественное воспроизведение единиц - позволяет устано-
вить некоторые международные единицы, приближающиеся
к абсолютным с наибольшей возможной метрологической
точностью. Различают вещественные образцы единиц двух
типов: эталоны и образцовые меры.
Эталоны — это вещественные образцы, хранящиеся во
Всесоюзном научно-исследовательском институте метроло-
гии (ВНИИМ) в Ленинграде и служащие исключительно
для сравнения с ними и поверки образцовых мер. Хранятся
эти эталоны в особых условиях, обеспечивающих неизмен-
ность с течением времени их величины. Образцовые же
меры служат для градуировки всевозможных рабочих мер
и измерительных приборов.
Основными эталонами электрических единиц являются
эталоны силы тока, электродвижущей силы и электрического
сопротивления.
Эталон силы тока. Осуществить эталон единицы
силы тока в качестве вещественного образца не удалось.
Однако, на основании химических действий электрического
тока удалось установить не зависящий ни от времени, ни
от места, легко воспроизводимый эффект тока, позволив-
ший установить для международной единицы силы тока
следующие условия: международный ампер есть
сила н е из м е н я юще го ся электрического тока,
который, проходя через.водный раствор азотно-
кислого серебра, в ы д е л я е т 0,00111800 g с е р е б р а
в секунду. Согласно международным постановлениям,
международный ампер воспроизводится при помощи воль-
таметра с платиновым катодом и серебряным анодом. Во
Всесоюзном институте метрологии имеется набор подобных
вольтаметров, обеспечивающих определение ампера с пре-
дельной метрологической точностью.
Эталон электрического сопротивления. Эга-
лоном ома является международный ом. Международ-
ный ом — это сопротивление, оказываемое не-
изменяющемуся электрическому току при тем-
пературе тающего льда ртутным столбом,
имеющим повсюду одинаковое сечение, длину
106,300 cm и массу в 14,4521 G. Эталон сопротивления
12 Зак. 3924. — Электроизмерительная техника. 177
состоит из стеклянной трубки, наполняемой при измерении
ртутью. Группа таких эталонов электрического сопротивле-
ния хранится в ВНИИМе.
Эталон электродвижущей силы — это между-
народный вольт. Международный вольт — напря-
жение на концах сопротивления в 1 междуна-
родный ом, когда по нему проходит ток силой
в 1 международный ампер. Однако, эталона, источ-
ника тока, воспроизводящего электродвижущую силу,
равную одному международному вольту, создать не
удалось. Практически эталоном международного вольта
являются так называемые международные нормальные эле-
менты Вестона, создающие электродвижущую силу, не изме-
няющуюся при правильном пользовании и хранении их,
равную 1,01830 V при температуре 20° С.
Зависимость электродвижущей силы нормального эле-
мента Вестона от температуры может быть выражена фор-
мулой:
£е = £20 —0,0000406 (0 —20') —0,00000095 (6 — 20)2 +
+ 0,00000001 (6 —2О0)3,
где 6 — температура в градусах стоградусной шкалы.
На рис. 125 показан схематический разрез международ-
ного нормального элемента. Положительным электродом
служит ртуть, а отрицательным — амальгама кадмия. По-
НасОщ роствор -*
сернокислого
кадмия
КристаллО серно-
кислого кадмии
Амальгама
кадмия
Платиновое
злекародо
-НасОщ раствор
сернокислого
Кадмия
Поста
РтутЬ
Рис. 125. Нормальный элемент Вестона.
верх ртути помещается паста из порошкообразной серно-
кислой закиси ртути, смешанной с кристаллическим серно-
кислым кадмием. Поверх амальгамы кадмия, а также поверх
пасты помещаются кристаллы сернокислого кадмия. Все
междуэлектродное пространство залйвается насыщенным
раствором сернокислого кадмия. Для того, чтобы не испор-
178
тить нормального элемента при п льювании им, необхо-
димо избегать сильного тока, MOiyuiero вызва»ь явление
поляризации элемента. Наибольшая допустимая сила тока
для нормального элемента составляет 0ЛЮ)> А и ш 5)а А.
Поэтому при включении нормального элемента в цепь ре-
комендуется включать последовательно с ним сопротивле
ние порядка 200 ОС ОЙ.
Группа международных нормальных элементов, служа-
щих основным эталоном международного вольта и периоди-
чески поверяемых, хранится во Всесоюзном научно-исследо-
вательском институте метрологии.
§ 78. Образцовые меры. Для практических целей наиболее
употребительны образцовые меры. Они изготовляются
в форме удобной для эксплоатации; по точности они, есте-
ственно, уступают эталонам. Однако, при правильном их
использовании и хранении эта точность вполне удовле-
творяет практическим нуждам.
Образцовые сопротивления изготовляются из
манганиновой проволоки, так как манганин обладает весьма
существенными преимуществами относительно других мате-
риалов:
1) температурный коэфициент его практически равен
нулю;
2) удельное сопротивление достаточно велико;
3) термоэлектродвижущая сила в контакте с медью прак-
тически также равна нулю;
4) манганин, предварительно состаренный, с течением
времени не меняет величины своего сопротивления.
Для того, чтобы образцовое сопротивление обладало
возможно меньшей индуктивностью, обмотку его катушки
делают бифилярной. Для этого всю наматываемую на ка-
тушку проволоку сгибают посредине (рис. 126) и затем
наматывают равномерно с конца с. При таком способе на-
мотки токи в любых двух смежных витках протекают
вЪротивоположныхнаправлениях, тем самым магнитные поля
их равны и противоположны и поэтому почти компенси-
руют друг друга. Благодаря этому, коэфициент индуктив-
ности бифилярно намотанной катушки почти равен нулю.
На рис. 127 показан разрез, а на рис. 128—внешний вид
образцового сопротивления.
Как видно из рис. 128, образцовые сопротивления имеют
две пары зажимов. Каждая пара зажимов отводится от од-
ного и того же конца сопротивления. Два зажима — более
массивные — предназначены для включения образцового
сопротивления в цепь. Два другие — менее массивные — слу-
жат для компенсационных измерений (см. § 92).
12* 179
В качестве образцовых сопротивлений часто применяются,
так называемые, магазины сопротивлений. Устройство ма-
газинов сопротивлений показано на рис. 129. Несколько
катушек R с бифилярной обмоткой укрепляются в ящике А.
На верхней эбонитовой плите В укреплен ряд медных пла-
стин Сна расстоянии примерно 1 шт друг от друга. В смеж-
ных сторонах этих пластин высверливаются конические
отверстия, куда могут быть вставлены конические штепсели
5. Концы катушек присоединяются к двум смежным пла-
стинам С посредством мед-
ных стержней а. Зажимы К
служат для включения мага-
зина сопротивлений в элек-
трическую цепь.
Существует много раз-
личных конструкций мага-
Рис. 126. Бифилярная намотка Рис. 127. Устройство образцового со-
катушек. противления.
зинов сопротивлений, отличающихся друг от друга; главным
образом, величиной сопротивлений, числом катушек, схемой
соединения, а также устройствОхМ контакта между пласти-
нами.
На рис. 130 показан штепсельный магазин сопротивлений
завода „Электроприбор" с общим сопротивлением в 10000 Q.
Подобные магазины выполняются с точностью до 0,5 %.
Весьма часто встречающейся разновидностью магазинов
являются, так называемые, рычажные магазины сопротивле-
ний. На рис. 131 изображена схема его, а на рис. 132—внеш-
ний вид. Преимущество рычажных магазинов перед штеп-
сельными заключается в том, что при переводе рычага
(рис. 131) не происходит разрыва цепи тока, так как ши-
рина щетки рукоятки А такова, что при переходе с кон-
такта на контакт щетка перекрывает сразу два контакта.
180
Рис. 128. Внешний вид об-
разцового сопротивления.
Рис. 129 Устройство магазина сопроти-
влений.
Рис. 130. Штепсельный магазин сопротивлений
завода „Электроприбор**.
Рис. 131. Схема рычажного декадного магазина сопротивлений.

181
Нетостатком рычажных магазинов следует считать*отно-
си leihHo меньшую надежность контактов, чем в штепсель-
ны .чмгашнах сопротивлений.
Образцовые е м к о ст и представляют собой конден-
са го{ ы состоящие из ряда свинцовых или оловянных листов
с прокладкой между ними тонких листов слюды.
Рис. 132. Внешний вид рычажного магазина сопротивления.
Часто применяются также магазин^ емкостей. На
рис. 133 представлен внешний вид такого магазина емкостей.
Подобно магазинам сопротивлений применяются также
рычажные магазины емко-
стей,,
Для плавного изменения
емкости служат так назы-
ваемые конденсаторы пере-
менной емкости. На рис. 134
изображено схематическое
устройство воздушного кон-
денсатора переменной ем-
кости. Неподвижные пла-
стины А, имеющие форму
полукруга, закреплены на
неподвижной стойке S, а
подвижные пластины В за-
креплены на оси В за-
висимости от угла поворота
головки Н оси изме-
Рис. 133. Магазин емкостей.
няется поверхность пла-
стин В, входящая в пространство между пластинами А;
тем самым изменяется емкость конденсатора. Указатель Z,
механически связанный с осью перемещается по шкале,
градуированной в микрофарадах. На рис. 135 изображен
воздушный конденсатор в изготовлении фирмы „Дженераль
Радио К°\
182
Образцовые кат.ушки индуктивности пред
ставляют собой обычные катушки с унифилярной?обмоткой
из медной проволоки, помещенной на мраморном каркасе.
Рис. 134. Устройство воз- Рис. 135. Воздушный конд< нсатор фирмы „ Дже-
душногоконденсатора пе- нераль Радио К-°“.
ременной емкости.
Образцовые катушки взаимной индуктив-
ности имеют аналогичный вид и устройство с тем лишь
Рис. 13*х Устройство катушки переменной индуктивно-
сти и взаимной индуктивности фирмы Гартман и Браун.
отличием, что на каркасе помещены две обмотки, и соот-
ветственно, имеются четыре зажима.
183
Применяются также образцовые катушки переменной
индуктивности и взаимной индуктивности. На рис. 136
изображено устройство подобной катушки фирмы Гартман
и Браун. Внутри неподвижной катушки помещается другая
катушка меньшего диаметра, плоскость которой можно пово-
рачивать относительно неподвижной катушки примерно на
угол в 160°. Обмотка неподвижной катушки состоит из
двух секций, а подвижной—из четырех. Переключатель по-
зволяет включать их то каждую самостоятельно, то после-
довательно друг с другом. Изменяя число секций каждой
из катушек, а также угол между плоскостями обеих кату-
шек (этот угол отсчитывается на шкале по положению
стрелки, связанной с подвижной катушкой), можно плавно
изменять коэфициент индуктивности и взаимной индуктив-
ности от 0,4 ш Н до 0,2 Н. Отсчет производится согласно
таблицам, дающим зависимость коэфициентов индуктив-
ности и взаимной индуктивности от числа секций катушек
и угла между ними.
ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОВТОРЕНИЯ И ЗАДАЧИ
1. Составьте таблицу соотношений между главнейшими элек-
трическими единицами в абсолютной электромагнитной
и практической системах.
2. Сколько абсолютных электромагнитных единиц содержится
в 10 р.F?
’ 3. Сколько ватт содержится в 10 MW?
4. Можно ли нормальным элементом пользоваться как источ-
ником тока? Почему?
5. Почему обмотка катушек образцовых сопротивлений
делается бифилярной?
6. Чю представляет собой эталон сопротивления?
ГЛАВА VI
ИЗМЕРЕНИЕ СИЛЫ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ
ИЗМЕРЕНИЕ СИЛЫ ТОКА ПРИБОРАМИ С НЕПОСРЕДСТВЕННЫМ
ОТСЧЕТОМ
§ 79. Амперметры. Для измерения силы тока цепь раз-
рывают в наиболее удобном месте и включают амперметр А
последовательно с приемником г (рис. 137). Для включения
прибора в цепь нужно знать род тока и его приблизитель-
ную' величину.
Хотя для измерения силы постоянного тока можно поль-
зоваться всеми системами приборов, кроме индукционной,
однако, как правило, применя-
ются магнитоэлектрические ам-
перметры, которые до сих пор
являются самыми точными и чув-
ствительными. Во избежание по-
вреждений, нужно остерегаться
включать в цепь постоянного
Рис. 137. Включение ампер-
метра.
тока прибооы индукционной си-
стемы (см. § 137), пригодные толь-
ко для переменного тока. Для из-
мерения переменного тока можно
пользоваться всеми системами приборов за исключением
магнитоэлектрической, которая пригодна для измерения
только постоянного тока. Особо осторожно следует обра-
щаться с тепловыми и термоэлектрическими приборами, не
допускающими большой перегрузки. При работе на пере-
менном токе приборы пригодны только для той частоты или
длины волны, которая указана на шкале; при других часто-
тах может появиться значительная погрешность.
При определении предела измерения прибора, нужного
для измерения, пользуются следующим простым правилом:
предел измерения-должен быть на 25 —30°/о боль-
ше предполагаемого тока. Это условие диктуется
тем обстоятельством, что во второй половине шкалы отно-
сительная погрешность измерений меньше, чем в первой
половине.
185
При включении в цепь амперметра мы изменяем сопро
тивление цепи, благодаря чему изменяется сила тока. В са-
мом деле: если приложенное напряжение U и сопротивление
цепи г, то сила тока до включения амперметра будет
/1== —. При включении же прибора в цепь тока, согласно
рис. 137, общее сопротивление возрастет на величину сопро-
тивления амперметра и будет равно г-\-та, где га — сопро-
тивление амперметра. Соответственно с этим изменится сила
тока, протекающего в цепи, и будет равна:
I=_U_
Относительное изменение силы тока в цепи выразится
следующим образом:
Л А ’
Подставив значения для токов, получим
Ы fa
Из этого выражения видно, что изменение силы тока при
включении амперметра тем больше, чем больше сопротивле-
ние амперметра. Следовательно, для уменьшения влияния
амперметра на измеряемую силу тока необходимо, чтобы
его сопротивление было как можно меньше. Влияние сопро-
тивления амперметра особенно заметно при малом сопро-
тивлении цепи измеряемого тока. Хотя измеряемая сила
тока может значительно отличаться от силы? тока в цепи до
включения прибора, однако, амперметр в пределах допусти-
мой для соответствующего класса погрешности покажет
действительную силу тока.
’ Кроме вышеизложенного, требование малости сопроти-
вления амперметра диктуется потребляемой им мощностью,
которая при заданной силе тока пропорциональна сопроти-
влению.
§ 80. Расширение пределов измерения амперметров.
Наибольший ток, который можно длительно пропускать
через рамку магнитоэлектрического прибора, составляет
150—200 mA. Для измерения больших токов пользуются,
так называемыми, шунтами, благодаря которым в прибор
ответвляется лишь часть измеряемого тока. Шунт предста-
вляет собою сопротивление rs (рис. 138), включенное парал-
лельно прибору. Величина сопротивления подбирается так,
186
чтобы определенная часть 1а измеряемого тока 1 ответвля-
лась в прибор, а остальная часть Is проходила через шунт.
Таким способом можно измерять токи до нескольких десят-
ков тысяч ампер.
Сопротивление шунта можно определить следующим
образом.
По закону Кирхгофа в параллельных ветвях токи распре-
деляются обратно-пропорционально сопротивлениям, т. е.
4 rs '
поэтому
Прибавляя к обеим частям этого равенства по единице,
получим:
Рис. 138. Включение в цепь прибора с шун-
том.
Отношение у- называется коэфициентом шунти-
рования и показывает, во сколько раз увеличивается пре-
дел измерения прибора при включении шунта. Так, если пол-
ное отклонение прибора без шунта наступает при силе тока
в 15mA, а с шунтом тоже отклонение наступает при токе
в 150 А/ то коэфициент шунтирования будет:
150
15 • 10~3
10000.
п.
Обозначая коэфициент шунтирования через п, получим:
rs
Отсюда сопротивление шунта, необходимое для увели-
чения предела измерения в п раз, будет:
г =____2_ .
s п — 1
На практике часто пользуются, так называемыми, комби-
нированными шунТами на несколько пределов измерения.
187
Схема одного из таких шунтов на 0,15—1,5—15 А показана
на рис. 139. Подобные комбинированные шунты изгото-
вляются на силы тока до 150 А.
Расчет сопротивлений такого многопредельного шунта
не представляет особых затруднений. Так, для трехпредель-
ного комоинированного шун-
та, показанного на рис. 139,
составляются три уравнения:
(Л —;0) (''i+'-3 + rs) = /ora
^/mawuinjuirrww
a. Q q
я я
0J5A 15А 15А +
Рис. 139. Принципиальная схема
трехпредельного шунта.
’(/3 —Л) ('2 + 'з) = <, -+-Г1)
(4—4) гз = 4 (/« + + г2),
где /р /2, 4 в нашем случае
имеют следующие значения:
Д = 0,15 А, /2 = 1,5 А, = 15 А.
Решая эти уравнения совме-
стно относительно rv г2 и г3,
находят искомые сопротивле-
ния. Общее решение этих уравнений приводит к следующим
выражениям для отдельных сопротивлений:
_ т—k в _______ k (т — ri) ~__ k
Г1 Гат(к—1) ’ Га тп {k — 1) ’ Гз Гап(к— 1) ’
где k, т и п — козфициенты шунтирования, т. е.
Для нашего частного случая, если /а = 0,015 А ига = 52,
то коэфициенты шунтирования получаются равными:
k = 10; т = 100; п = 1000,
поэтому
1\ = 0,5 2; г2 = 0,05 2 и г3 = 0,0055 2
Подобный шунт может быть изготовлен на любое число
пределов измерения. На рис. 140 показан внешний вид и
внутреннее устройство шестипредельного шунта на 0,03—
0,3—1—3—10—30 А, выпускаемого фирмой Сименс и Гальске.
Сопротивление шунта по тем же причинам, что и сопро-
тивление амперметра, должно быть как можно меньше. Так
как падение напряжения на шунте равно Isrs и оно тем
меньше, чем меньше сопротивление шунта, то стремятся
к тому, чтобы падение напряжения на шунте было как можно
меньше. Этому, однако, ставит предел чувствительность
магнитоэлектрического прибора. Поэтому, не желая уменье
188
шать коэфициента добротности прибора (см. § 8), изгото-
вляют амперметры, рассчитанные на приключение к шунтам,
падение напряжения на которых* не ниже 30 mV. Таким
образом, амперметром должен служить милливольтметр,
верхний предел напряжения которого является одновре-
менно номинальным напряжением шунта.
§ 81. Погрешности амперметров при шунтировании.
Материалом, из которого изготовляются сопротивления шун-
тов, служит манганин. Если применять для этой цели крас-
ную медь или другой низкоомный материал, то вследствие
малого удельного сопротивления размеры и вес такого
шунта во много раз превосходили бы размеры и вес шунта
Рис. 140. Комбинированный шунт с рычажным переключа-
телем на шесть пределов измерения фирмы Сименс и Гальске.
из манганина, что с эксплоатационной точки зрения дорого
и неудобно. Кроме того, все известные нам материалы
с малым удельным сопротивлением имеют большой темпера-
турный коэфициент, например, температурный коэфициент
меди и алюминия составляет 4% на 10°С. Поэтому всякое изме-
нение температуры окружающей среды сильно влияло бы
на сопротивление шунта. Это обстоятельство может вы-
звать дополнительную погрешность при измерении, так как
шунты, будучи со всех сторон открытыми для лучшего охла-
ждения, быстро реагируют на изменение внешней темпера-
туры, в то время как прибор, защищенный кожухом, реаги-
рует на эти изменения гораздо медленнее. Примером может
служить магнитоэлектрический щитовой амперметр с желез-
ными кожухом и цоколем, все части которого можно счи-
тать одинаково прогретыми лишь после нескольких часов
пребывания при данной температуре. Приборы с корпусами,
изготовленными из пластмассы, дерева или других изоли-
рующих материалов, обычно гораздо дольше сопротивляются
189
влиянию внешней температуры. Так например, магнито-
электрический переносный прибор типа МПК, изготовляе-
мый заводом ’ „Электроприбс р“, требует для прогрева
до температуры 40°С около 4 часов Таким образом, манга-
нин является незаменимым материалом благодаря своему
большому удельному сопротивлению и весьма малому тем-
пературному коэфициенту.
Как правило, обмотка рамки в магнитоэлектрических
приборах делается из краснэ-медной или алюминиевой про-
волоки. Эти материалы, как уже было сказано раньше, изме-
няют свое сопротивление с изменением температуры. Or юда
возникает новый источник погрешности. Влияние окружаю-
щей температуры на амперметр сказывается в уменьшении
показаний прибора при повышении температуры, если на
его зажимах поддерживать постоянное напряжение. В самом
деле, по принципу действия рамка магнитоэлектрического
прибора дает отклонение, пропорциональное силе тока (см.
§ 33). С повышением температуры сопротивление рамки
возрастает, а сила тока соответственно уменьшается, что
вызывает уменьшение отклонения рамки. Для уменьшения
этого влияния последовательно с рамкой включают манга-
ниновое сопротивление, вследствие чего общий темпера-
турный коэфициент уменьшается. Действительно: если рамка
сопротивлением га имеет температурный коэфициент аа
и последовательно включено сопротивление i\ с темпера-
турным коэфициентом 04, то полное сопротивление г для
двух температур 20° С и 0° выразится следующим образом:
'20в'-в + П
Ч = га [1+% (0-20)] + ^ [1+^ (0-20)]. (20)
Обозначая через « общий температурный коэфициент
прибора, можно написать:
^ = ^0 [1+а (0-20)]. (21)
Отсюда легко найти а, если приравнять правые части
уравнений (20) и (21):
Из уравнения (22) можно заключить, что температурный
коэфициент а не зависит от температуры, а только от сопро-
тивлений и их температурных коэфициентов. В частном
случае, если последовательно с подвижной катушкой из
медной проволоки включить сопротивление с температур-
190
ным коэфициентом 04 = 0 (манганин), то общий темпера-
турный коэфициент будет
медь ,7;
гПЯППП-ДЯЛМл
мане.
манг.
г3
ЧЛЛЛЛЛЛЛЛ1
меШ?
Рис. 141. Схема температурной ком-
пенсации по методу Свинберна.
А
Ъ
В
Отсюда следует, что общий температурный коэфициент
тем меньше, чем больше добавочное сопротивление. Согла-
сно ОСТу 5236 для приборов II класса дополнительная по-
грешность от температуры не должна превышать 2% при
изменении температуры на 10°С. Для удовлетворения этому
условию необходимо, чтобы у- = 1. Часто для уменьшения
температурного коэфициента это отношение увеличивают
до 4 и больше.
Для компенсации температурной погрешности в прибо-
рах I класса, где она не должна превышать 0,5% на 10°С,
нецелесообразно пользо-
ваться описанным методом,
так как для этого пона-
добилось бы поставить по
крайней мере семикратное,
по сравнению с сопротив-
лением рамки, добавочное
сопротивление. Вместо это-
го применяют специальные
схемы, из которых наиболь-
шее распространение полу-
чила схема Свинберна, показанная на рис. 141. Свойства
этой схемы таковы, что в определенном диапазоне темпе-
ратур при постоянном напряжении, приложенном к точкам Л
и В, через рамку проходит почти не зависящий от темпе-
ратуры ток. Однако, при этом общий ток в схеме заметно
изменяется. Так, например, в приборе на 45 mV и 10 2,
изготовляемом Сименс и Гальске, при очень хорошей тем-
пературной компенсации погрешность которбго не превы-
шает 0,10% на 10°С в промежутке между 15 и 45°С, общий
ток в схеме изменяется примерно на 2% на каждые 10°С.
Последнее обстоятельство дает тем большую дополни-
тельную погрешность, чем меньше коэфициент шунтирова-
ния. Поэтому для низких пределов измерения с коэфи-
циентом шунтирования ниже 10 последовательно со всей
схемой соединяется сопротивление, изготовленное из меди
или другого материала, обладающего большим температур-
ным коэфициентом. Шунт присоединяется параллельно всей
схеме..
191
Для амперметров, включенных в цепь без шунта, влия-
ние температуры не имеет места, так как изменение темпе-
ратуры вызывает изменение сопротивления всей цепи, а ам-
перметр показывает силу тока, действительно протекающего
в этой цепи.
Как было указано в § 34, несмотря на сильное собствен-
ное магнитное поле, магнитоэлектрический амперметр все же
подвержен влиянию внешних магнитных полей, искажающих
истинное показание прибора. Поэтому его стремятся распо-
ложить вдали от постоянных магнитов, железных масс, шин
с током и т. п. Так как ток, протекающий в шунте, создает
магнитное поле, то прибор относят от шунта на такое рас-
Рис. 142. Внутренний проволочный шунт
на ЗА, 45 mV.
Рис. 143. Внутренний пластин-
чатый шунт нд 100 А, 45 mV.
стояние, какое только позволяет длина шнуров, с которыми
данный прибор градуировался. ОСТ 5236 требует, чтобы
для приборов без железного кожуха длина каждого соеди-
нительного провода была не меньше 1,5 m на каждые
1000 А. Если прибор имеет железный кожух, длина одного
соединительного провода может быть уменьшена до 1 ш.
При этом следует помнить, что сопротивление прибора не-
велико, и всякое изменение сопротивления шнуров вызывает
изменение показаний прибора. Поэтому нельзя, например,
произвольно изменять длину шнуров, необходимо при этом
изменять также сечение, чтобы общее сопротивление шну- •
ров осталось прежним. Обычно применяют стандартные
шнуры длиной 1 m и сечением 1 mm2; если требуется шнур
длиной в 1,5 т, то сечение берут равным 1,5 mm2 и т. д.,
т. е. сечение провода растет пропорциональ-
но его длине.
192
§ 82. Конструкции шунтов. В зависимости от области
применения шунты делятся на индивидуальные и калибро-
ванные. Индивидуальные шунты пригодны только для того
прибора, с которым он непосредственно градуируется. Кали-
брованные шунты изготовляются на определенное падение
напряжения и пригодны для приключения к любому при-
бору с падением напряжения, равным падению напряжения
на шунте.
Рис. 144. Наружный шунт на 1000 А. 75 mV.
По конструкции шунты разделяются на внутренние
и наружные. На рис. 142 и 143 показаны внутренние
шунты на разные силы тока, а на рис. 144— наружный шунт
на 1000 А. Внутренние шунты изготовляют на силы тока до
400 А.
Как видно из рис. 143 и 144, шунт состоит из наконеч-
ников или угольников а — а, в которые впаяны пластины с
из манганина. Зажимы Ь*—b служат для присоединения при-
бора. Наконечники изготовляются из красной меди или ла-
туни; на большие силы тока для создания надежного кон-
такта наконечники делаются массивными. Последнее обстоя-
тельство обусловлено еще необходимостью создания хоро-
ших условий охлаждения шунта, так как наконечники
отводят часть выделяющегося тепла.
Пластины впаиваются в торцы наконечников оловом или
серебром. В последнем случае допустимая температура пере-
13 Зак. 3924.—Электроизмерительная техника. 193
грева составляет 80°С, тогда как для шунтов, в которых
применена пайка оловом,-—лишь 60°С.
Стремление лучше использовать дорогостоящий манга-
нин привело к конструкции, где вместо пластин приме-
няются стержни. Для лучшего охлаждения они распола-
гаются в шахматном порядке.
На рис. 145 показан такой шунт на 25000 А, 150 mV фирмы
Сименс и Гальске. Наружные шунты к переносным прибо-
рам на нёболь’шие силы тока либо присоединяются к при-
бору шнурами, либо,надеваются непосредственно на прибор.
Рис. 145. Наружный стерж-
невой шунт на 25 Оби А,
150 mV фирмы Сименс и
Гальске.
Рис. 146. -Магнитоэлектрический перенос-
ный лабораторный амперметр ОЛИЗа за-
вода „Электроприбор" с калиброванным
шунтом.
На рис. 146 показан амперметр типа МПЛ, изготовляемы#
ОЛИЗом завода „Электроприбор" с одетым на него ком-
бинированным трехпредельным шунтом.
ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ ПРИБОРАМИ С НЕПОСРЕДСТВЕННЫМ
ОТСЧЕТОМ
§ 83. Вольтметры. Для измерения напряжения прибором
с непосредственным отсчетом приключают его к тем точ-
кам, разность потенциалов между которыми желают опре-
делить. Для этого служат вольтметры, представляющие собой
миллиамперметры с большим добавочным сопротивлением,
194
Шкала которых градуируется в вольтах. Вольтметры вклю-
чаются в цепь параллельно, как это показано на рис. 147.
Для измерения напряжения в цепях постоянного тока
применяются, как правило, вольтметры магнитоэлектричес-
кой системы. Можно измерить напряжение постоянного тока
и при помощи электродинамических и электромагнитных
приборов. Термоприборы и тепловые приборы также изме-
ряют напряжение постоянного тока, но с меньшей точностью.
Для измерения напряжения в цепях переменного тока,
как в случаях измерения силы тока, применяются приборы
всех систем за исключением магнитоэлектрической. Хотя
большинство приборов переменного тока изготовляются
для промышленных частот (50 Hz), однако, многие из них,
например электродинамические и
электромагнитные, можно приме- р-------— • .
нять и при повышенных частотах I
до нескольких сот герц.
Для измерения напряжения в СУ)
цепях переменного тока высокой
частоты применяются исключитель- |
но тепловые и термоэлектрические & 4
приборы. Рис. 147 Включение рольт-
Включение всякого измеритель- метра.
ного прибора, в частности и вольт-
метра, в электрическую цепь изменяет параметры этой
цепи. Поэтому стремятся или совершенно уничтожить
это влияние или свести его к минимуму так, чтобы можно
было при измерениях этим влиянием пренебречь.
Рассмотрим, например, случай, когда требуется измерить
э. д. с. Е генератора с внутренним сопротивлением гЕ.
Если мы приключим вольтметр с сопротивлением rv к за-
жимам генератора, то через него пойдет ток Д. По закону
Кирхгофа сумма электродвижущих сил и падений напряже-
ний в замкнутом контуре равна нулю, поэтому можно на-
писать:
ИЛИ
^-/.(гя + г.) = 0
E = I г 4-1 г —U 4-U
где Ц,—падение напряжения на зажимах вольтметра, или
иначе, его показание, a UE—падение напряжения Тз обмотке
генератора. Таким образом,-вместо электродвижущей силы
Е вольтметр показывает напряжение U,—падение напряже-
ния на своих зажимах. Погрешность измерения выразится
формулой: .. _р г
100 = юо%.
13*
195
Отсюда видно, что погрешность измерения тем меньше,
чем больше сопротивление вольтметра. Так, например,
если измерять электродвижущую силу генератора, сопро-
тивление которого равно 10 2, вольтметрами с сопротив-
лениями 1000 2 и 10000 2, то первый даст погрешность
измерения, равную 1%, тогда как второй лишь 0,1%, хотя
вольтметры сами по себе могут быть при этом очень точ-
ными. В этом отношении идеальным является случай, когда
прибор имеет бесконечно большое сопротивление. Этому
условию удовлетворяют, например, электростатические
приборы.
Таким образом, в противоположность амперметрам,
у которых сопротивление должно быть малым, вольтметры
должны иметь как можно
большее сопротивление.
С этой точки зрения
вольтметры можно сравни-
вать между собой по ве-
личине силы тока, необхо-
димого для полного откло-
нения. Для магнитоэлектри-
ческих вольтметров ток пол-
ного отклонения колеблет-
Рис. 148. Включение добавочного со-
противления к вольтметру.
ся в пределах 3 —15 mA,
для электродинамических—порядка 30 mA, причем, с умень-
шением предела измерения, ток полного отклонения увели-
чивается, достигая иногда 300 mA. Средний ток полного
отклонения щитовых электромагнитных приборов около
40 mA. Для переносных он колеблется в пределах от -25
до 200 mA.
§ 84. Расширение пределов измерения вольтметров.
Как было указано выше, вольтметром может служить лю-
бой миллиамперметр,, шкала которого проградуирована
в вольтах. Однако, у миллиамперметров сопротивление
рамки невелико, и для полного отклонения требуется не-
большое сравнительно напряжение. Так, например, паде-
ние напряжения в рамке магнитоэлектрического прибора
составляет 0,1 V и ниже. В электродинамических приборах
оно колеблется в пределах от 0,5 до 1 V. Поэтому после-
довательно с прибором необходимо включить некоторое
добавочное сопротивление (рис. 148). Тогда общее падение
напряжения на зажимах прибора и добавочного сопротивле-
ния возрастает, тем самым окажется возможным измерять
большие напряжения. Величину необходимого добавоч-
ного сопротивления можно подсчитать следующим об-
разом.
196
Пусть прибор с сопротивлением г, требует для полного
отклонения ток /„, тогда при полном отклонении падение
напряжения на -зажимах прибора равно:
Uv = I,-r,.
Если теперь включить добавочное сопротивление г, то
для полного отклонения потребуется другое напряжение
Разделив второе уравнение на первое, получйм
U - Г* + Г - 1 ! Г
£/, г, г„ '
Вычитая
множив их
из обеих частей равенства по единице и по-
на г„ имеем
U— U,
’ г' и.
Обозначим
U
U~n'
тогда
г = г,(п — 1).
Здесь п показывает, во сколько раз увеличен предел
измерения вольтметра.
§ 85. Погрешности вольтметров. Показания вольтметров
всех систем зависят от температуры окружающей среды.
Влияние температуры на магнитоэлектрический прибор
сказывается в уменьшении противодействующего момента
и одновременно в ослаблении магнитного поля постоянного
магнита. Эти два фактора действуют в противоположные
стороны и примерно компенсируют друг друга, поэтому
влияние температуры на показания миллиамперметров не
имеет места. Если же этот миллиамперметр применить для
измерения напряжения, то его показания будут зависеть
еще от температурного коэфициента материала, из которого
изготовлена рамка прибора.Дам уже известен способ умень-
шения температурной погрешности магнитоэлектрических
приборов путем включения последовательно с рамкой со-
противления из материала, обладающего небольшим темпе-
ратурным коэфициентом. Но, с другой стороны, включение
сопротивления последовательно с вольтметрам дает возмож-
ность расширить предел измерения. Таким образом, включе-
ние добавочного сопротивления из манганина дает одно-
временно и расширение пределов измерения и уменьшение
температурного коэфициента.
97
В качестве материала для добавочных сопротивлений в
вольтметрах можно применять и константан—более дешевый
материал, так как термоэлектродвижущая сила в месте
соединения меди с константаном для вольтметров не играет
никакой роли, в то время как в амперметрах это обстоя-
тельство очень важно и поэтому нужно применять только
манганин. Чем больше добавочное сопротивление по срав-
нению сч сопротивлением рамки, тем меньше влияние темпе-
ратуры на магнитоэлектрический вольтметр.
Погрешность от влияния температуры можно опреде-
лить следующим образом: пусть а0—отклонение стрелки
магнитоэлектрического вольтметра при нормальной темпе-
ратуре, тогда
Здесь гго—сопротивление рамки,
г-— добавочное сопротивление,
UQ—напряжение на зажимах прибора при нормаль-
ной температуре.
При повышении температуры на 0° сопротивление также
возрастет и станет равным:
г ~г (1 + а 0),
если считать температурный коэфициент добавочного сопро-
тивления г равным нулю. При этом показание лрибора изме-
нится, и чтобы получить такое же отклонение а0, мы будем
вынуждены увеличить напряжение Uo до 6/.
Тогда
________________________?____
Ло(1+«Л)+''“ °’
Отсюда легко получаем
_ %—Ц _ _ ^-o(i + %Q) + /'
Ц) rw-\-r
где 7, — относительная погрешность вольтметра.
После необходимых преобразований получаем:
/ а 0 \
ъ=Ннтт)1000/о’
де — температурный коэфициент материала обмотки,
т — отношение добавочного сопротивления к сопроти-
влению подвижной катушки.
Таким образом, чтобы при изменении температуры на 10° С
погрешность не превосходила 0,3%, как того требует
198
OCT 5236 для приборов I класса, необходимо, чтобы отноше-
ние добавочного сопротивления к сопротивлению рамки было
не менее:
«,,•0.100 , 0,004.10-100 ,
т — -------:--1 =------------------1^12.
Ъ —о,з
В магнитоэлектрических- приборах это отношение бывает
еще большим.
При’расширении пределов измерения вольтметров других
систем, например электродинамической «ли электромагнит-
ной, следует принять во внимание также и изменение упру-
гих свойств пружины. Для этих приборов погрешность может
быть выражена уравнением:
\m-j-l
IV О • 100%,
где р — температурный коэфициент пружины, составляющий
обычно 0,25—0,3% на 10° С. #
Как цидно из последнего выражения, полная компенса-
ция наступает при
—= £
т~\~\ 2
или при 9а
Если принять р = 0,00025, т. е. 0,25% на 10°С, то отно-
шение между добавочным сопротивлением и сопротивлением
обмотки прибора будет:
= • 0,004
“ 0,00025
На практике не добиваются полной компенсации темпе-
ратурной погрешности, а стремятся снизить до величин,
указанных в ОСТ 5236. Поэтому величина т для вольтметров
электродинамической и электромагнитной систем колеблется
в пределах от 10 до 15.
Если вольтметр переменного тока проградуирован на
постоянном токе, а затем применен в цепи переменного тока,
показания вольтметра могут измениться вследствие того,
что прибор обладает некоторым реактивным сопротивлением
х = меняющимся с частотой. Погрешность от частоты
может быть определена из выражения:
= — -^2-100%,
где г—активное сопротивление прибора.
199
Для уменьшения этой погрешности добавочные сопро-
тивления мотают на тонкие изолирующие пластинки, благо-
даря чему уменьшается индуктивность добавочных сопро-
тивлений. При намотке добавочного сопротивления на цилин-
дрические катушки проволока наматывается бифилярно, что
также сводит к минимуму индуктивность. Иногда для
полной компенсации погрешности к части добавочного
сопротивления приключают" конденсатор такой емкости С,
чтобы индуктивность цепи была равна нулю.
§ 86. Конструкции доба-
вочных сопротивлений. Доба-
вочны^ сопротивления поме-
щаются либо внутри прибора,
либо отдельно от него. В за-
висимости от этого они полу-
чили название внутренних и
отдельных добавочных сопро-
тивлений. Внутренние доба-
вочные сопротивления поме-
щаются либо внутри кожуха
прибора, либо на наружной
стороне цоколя (рис. 149). В
последнем случае достигается
ограждение измеряющего ме-
ханизма от нагрева под влия-
нием тепла, выделяющегося
в добавочном сопротивлении.
Это относится, главным об-
разом, к электромагнитным
Рис. 149. Внутреннее добавочное
сопротивление, помещенное сзади
цоколя прибора.
щитовым приборам. В магнитоэлектрических приборах
потребление значительно ниже и добавочные сопротивления
поэтому помещаются внутри прибора.
В переносных электродинамических и электромагнитных
приборах с целью ограждения от нагрева теплом, выде-
ляющимся в добавочном сопротивлении, последние поме-
щают внутри корпусЗ в отдельной камере, изолированной
в тепловом отношении от измеряющего механизма. В кор-
пусе часто делаются отверстия для лучшей циркуляции
воздуха.
Отдельные добавочные сопротивления помещаются в спе-
циальном корпхсе, не связанном с прибором, и включаются
так, как показано на рис. 148. Если отдельное добавочное
сопротивление предназначено для работы с определенным
прибором, что чаще всего бывает в приборах II класса, оно
называется индивидуальным; в этом случае градуировка
прибора производится вместе с добавочным сопротивлением.
20Q
На рис. 150 показано отдельное добавочное сопротивление
на 15000 V. Для приборов I класса применяются отдель-
ные калиброванные добавочные сопротивления, пред-
ставляющие собою точные сопротивления, пригодные для
Рис. 150. Отдельное добавочное сопроти-
вление на 15 000 V завода .Электропри-
бор*.
включения к любому
прибору. В этом слу-
чае у них на особом
щитке указаны сопро-
тивления и допустимая
сила тока. На рис. 151
показано такое калиб-
рованное добавочное
сопротивление к магни-
тоэлектрическому при-
бору на три предела
измерения.
Основанием, на ко-
торое наматывается до-
бавочное сопротивле-
ние, служат различные
изоляционные матери-
алы, выдерживающие
без деформации темпе-
ратуру до 80° С. К таким
материалам относятся дерево, карболит, гэтинакс, фарфор
и др. Применение дерева в качестве изоляционного мате-
риала для добавочных сопротивлений требует предвари-
тельной просушки и про-
Рис. 151. Калиброванное добавочное
сопротивление к вольтметру.
питки таким, составом, ко-
торый создает поверхност-
ную пленку и отражает ма-
териал от проникновения
влаги. На заводе „Электро-
прибор" применяется для
этой цели масляный лак.
Другие перечисленные ма-
териалы не требуют спе-
циальной обработки. Ранее
хбыло указано, что материа-
лом для добавочных сопро-
тивлений служит манганин
или константан, но опыт по-
казал, что постоянства во времени этих материалов можно до-
биться только после специальной термической обработки, на-
зываемой старением. Например, для старения манганиновой
проволоки ее необходимо выдержать в термостате не меньше
201
14 часов при температуре 120—140° С. Выше этой темпе-
ратуры добавочные сопротивления не нагревают, так как
она является пределом для шелковой изоляции. Для доба-
вочных сопротивлений применяется проволока, изолирован-
ная шелковой изоляцией, эмалью или комбинацией из шелка
и эмали.
Шелковая изоляция обладает гигроскопическими свой-
ствами и требует специальной обработки для предохране-
ния ее от влаги. Часто при сильной влажности, вследствие
набухания шелка, может произойти даже обрыв проволоки.
Обработка заключается в пропитке изоляции масляным лаком
и просушке при температуре 120 —140° С. Оба процесса
(старение и просушку) обычно совмещают.
При намотке добавочных сопротивлений на катушки
обмотку разбивают на отдельные секции, причем последние
рассчитываются так, чтобы напряжение, приходящееся на
каждую секцию, не превышало определенной величины
во избежание пробоя изоляции. Изоляции различных марок
выдерживают различные напряжения. В частности при на-
мотке’ на многосекционную катушку проволоки с изоляцией
ПШД и ПЭШО можно допустить падение напряжения на
секцию в 100 V, с изоляцией ПШО — 60 V. Катушки или
пластины монтируются на каркасе из изоляционного мате-
риала. Для предохранения от механических повреждений
добавочные сопротивления покрываются перфорированным
кожухом. Добавочное сопротивление на высокое напряже-
ние устанавливается на. особых изоляторах (рис. 150), про-
бивное напряжение которых должно быть не меньше двой-
ного напряжения добавочного сопротивления-)-1000 V.
Этому же требованию должна удовлетворять изоляция
кожуха относительно обмотки. Помимо зажимов, служащих
для приключения добавочного сопротивления в цепь напря-
жения и изолированных от корпуса, имеется специальный
зажим, соединенный с корпусом и служащий для его зазем-
ления.
КОМПЕНСАЦИОННЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ И СИЛЫ
ТОКА
§ 87. Общие понятия. Точность измерения напряжения
приборами с непосредственным отсчетом не превышает
в лучшем случае 0,2% от измеряемой величины, причем
эта погрешность возрастает вследствие влияния различных
внешних факторов. Кроме того, этот метод требует неко-
торого тока для отклонения вольтметра, что на практике,
при точных измерениях, не всегда допустимо. Примером
202
может служить измерение э. д. с. термопары при помощи
милливольтметра. Термоэлектродвижущая сила, возникаю-
щая в термопаре, распределяется между сопротивлениями
спая термопары, проводников, образующих термопару и со-
противлением прибора. Так как милливольтметр показывает
напряжение на своих собственных зажимах, то погрешность
в измерении тер1\юэлектродвижущей силы может достигать
большой величины. Другим примером «евозможности ис-
пользования метода непосредственного отсчета является из-
мерение э. д. с. нормального элемента (см. § 77), от которого
можно без вреда для него получить не больше 50 рЛ, в про-
тивном случае э. д. с. элемента изменится вследствие поля-
ризации.
Рис. 152. Компенсационный метод измерения.
В Подобных случаях применяют, так называемый, ком-
пенсационный метод измерения, отличительным свойством
которого является отсутствие тока в цепи измеряемого напря-
жения или э. д. с.
Компенсационный метод измерения заключается в том,
что неизвестная э. д. с. Ех сравнивается с падением напря-
жений на сопротивлении, по которому протекает некоторый
постоянный ток /0. Движок а (рис. .152) перемещают до
тех пор, пока гальванометр G не покажет отсутствия тока
в цепи ^. 'Тогда можно утверждать, что падение напряже-
ния на участке равно измеряемой э. д. с. Ех, т. е.
Ех = 4/1-
Если* сопротивления i\ и г0 известны, то
203
откудй
ЕХ = Е^.
ro
Из последнего выражения для Ех видно, что сила тока,
проходящего через сопротивление г0, не влияет на измерение.
Необходимо только, чтобы она была постоянной в процессе
измерения. Некоторое неудобство этого метода заключается
в том, что батарея EQy будучи замкнутой на сопротивление
г0, разряжается, в то время как по условиям работы ее
э. д. с. должна быть строго постоянной.
Рис. 153. Сравнение э. д. с. по методу Дюбуа.
Дюбуа усовершенствовал этот метод, предложив сравни-
вать измеряемую э.д.с. не с падением напряжения на
известном сопротивлении, а с электродвижущей силой нор<
мального элемента EN (рис. 153). При помощи переключа-
теля К сначала включается нормальный элемент EN. Пере-
двигая движок, находят такое его положение ч чтобы
^aльвaнoмeтp G показывал нуль, тогда: Е$^=1^\.
Затем включают Ех и снова добиваются отсутствия тока
в цепи гальванометра. Пусть это произошло в точке а2,
тогда: E^Ifa
Разделив оба равенства друг на друга, получим:
Е =Е
”1
Принципиальная схема этого метода принята в основу
всех современных компенсационных приборов, называемых
потенциометрами. Для большего удобства в практи-
204
ческой работе введены некоторые усовершенствования,
позволяющие произвести отсчет непосредственно в воль-
тах, не прибегая к пересчетам по вышеуказанной формуле.
Сопротивления, применяемые в потенциометре, изготовля-
ются с наибольшей возможной точностью и по ним про-
пускают вполне определенный постоянный по величине
рабочий ток /0.
§ 88. Потенциометр Франке. На рис. 154 показана
схема одного из таких потенциометров. Потенциометр
состоит из 14 катушек по 4 2 каждая и развернутой,
точно калиброванной проволоки, имеющей сопротивление
также равное 4 2. Полное сопротивление потенциометра
., । f М
»— ,fa---------шлллАлллл
Рис. 154. Схема потенциометра Франке.
равно 60 2. Рабочий ток от вспомогательной батареи Е
составляет 25 mA, который вызывает в каждой катушке
падение напряжения, равное:
4X25- Ю~3 = 0,1' V.
Реохорд снабжен шкалой, разделенной на 100 делений.
Каждое деление, следовательно, соответствует 0,001 V.
Таким образом при измерении напряжения выше 1 V можно
отсчитать 4 точных знака, а 5-й знак берут приблизитель-
но, отсчитывая доли деления, если нулевое отклонение
гальванометра наступает при положении движка между
делениями. Предел измерения потенциометра Франке соста-
вляет 1,5 V.
Перед тем как пользоваться потенциометром, сначала
устанавливают рабочий ток. Для этого движки А н Суста-
навливают так, чтобы сумма их показаний равнялась э. д. с.
нормального элемента. Вместо Ех включают нормальный
элемент Es.
Пусть, например, электродвижущая сила нормального
элемента составляет 4,0183 V, тогда движок А нужно уста-
205
новить против катушки 10 (как на рис. 154), а движок С
<на 18,3 делений.
Регулируя рабочий ток при помощи реостата Л4, доби-
ваются нулевого положения гальванометра. В этом случае
падение напряжения на каждой катушке будет 0,1 V (иначе
между движками И и С не было бы 1,0183 V) и рабочий
ток, следовательно, установлен верно.
После установки рабочего тока включают Е$ и, не из-
меняя сопротивления реостата М, подбирают такое поло-
жение движков А и С, чтобы гальванометр показывал
нуль. Величину искомой э. д. с. можно тогда прочитать не-
посредственно на потенциометре по положению движков.
Рис. 155. Схема потенциометра Фейснеря.
§ 89. Потенциометр Фгйснера. Более точным и совер-
шенным является потенциометр Фейснера, принципиальная
схема которого приведена на рис. 155. Он состоит из двух
простых рычажных магазинов сопротивлений А и Е и трех
двойных магазинов В, С и D.
Магазин А содержит 18 катушек по 1000 2, а Е — 9
катушек по 100 2. Магазины В, С и D имеют 9 пар ка-
тушек по 10,1 и 0,1 2. Двойные магазины устроены таким
образом, что в верхнем ряду вводится определенное число
катушек, в то время как\ из нижнего ряда такое же число
катушек выключается. Таким образом общее количество
катушек в схеме при любом положении рычагов остается
постоянным и в каждом магазине равным 9. Ток от вспо-
могательной батареи, проходя последовательно через все
5 магазинов, остается постоянным, благодаря указанному
устройству. Общее сопротивление рабочей цепи потенцио-
метра равно 18999,9 2, что при прохуждении по нему тока
206
в 0,1 mA дает падение напряжения, равное 1,89999 V. Эта
величина и является верхним пределом измерения потен-
циометра Фейснера.
Для установления рабочего тока нормальный элемент,
в зависимости от величины его э. д. с., приключается
к определенному сопротивлению, падение напряжения на
котором сравнивается с э. д. с. нормального элемента.
Это сопротивление осуществлено следующим образом.
Между магазинам# А и В включено дополнительное сопро-
тивление 180 2 и магазин сопротивлений F, состоящий из
10 катушек но 1 2. При установке переключателя L в по-
ложение W нормальный элемент EN через гальванометр
G приключается с одной стороны к 8-му контакту магазина Д,
а с другой стороны — к рычажку магазина F.
ТакИхМ образом ' сопротивление, к которому приключен
нормальный элемент, в зависимости от положения рычажка
магазина, будет заключаться между 10180 -и 10190 2. Точ-
ная величина напряжения выбирается в зависимости от
действительной э. д. с. нормального элемента. Рычаги всех
остальных магазинов могут быть при этом в любом поло-
жении. Это усовершенствование дает большое преиму-
щество по сравнению с потенциометром Франке, в котором
каждый раз при проверке рабочего тока необходимо уста-
навливать рычаги в положение, указывающее э. д. с. нор-
мального элемента, что требует времени и затрудняет ра-
боту, особенно если измеряют э. д. с. неустойчивого источ-
ника тока. Установку рабочего * тока осуществляют при
помощи реостата М,
После этого переключатель L перемещают в положение
X и ключом Т вводят гальванометр последовательно с из-
меряемым напряжением. Передвижением рычагов стремятся
привести гальванометр в нулевое положение, после чего
измеренная величина легко отсчитывается по показаниям
каждого рычага последовательно, начиная с рычага Д. При
этом нужно иметь в виду, что каждый контакт магазина Д
дает 0,1 V, каждый контакт магазина Е—0,01 V и т. д,, т. е.
каждая последующая декада дает в 10 раз меньшее напря-
жение. Вычислим, например, показания потенциометра при
тех положениях рычагов, какие изображены на рис. 155.
Рычаг А стоит на 10-м контакте, напряжение равно ю X 0,1 V
T9 Е 99 » 4 V V » 4 X 0,01 V
99 В Я 4 п » 4X0,001 V
» С 93 » 5 " » 5X0,0001 V
9 D 93 » 2 93 2 X 0,00001 V
Полное напряжение равно .... 1,04452 V
207
§ 90. Потенциометр Рапса. На несколько ином прин-
ципе построен потенциометр Рапса (рис. 156), состоящий
из 5 декад сопротивления. Декада К содержит 11 катушек
по 1000 2 и двойной рычаг, который в любом фиксиро-
ванном положении приключает к одной катушке декады
К всю декаду К^, состоящую из 9 катушек по 1000 2.
Если / ток в первой декаде, то во второй декаде ток со-
ставит 0,1 I, так как у контакта / декады Кг ток развет-
вляется в отношении 1:9. Декады К3 и Kv содержащие
первая 10, а вторая 9 катушек, точно так же связаны
Рис. 156, Схема потенциометра Рапса.
между собой при помощи двойного рычага, но сопротив-
ление. каждой катушки составляет 10 2. Таким образом
и здесь в декаде К3 течет ток Дав декаде КА — 0,1 I.
Наконец, декада К6 состоит из 10 катушек по 0,1 2 и ток,
протекающий по катушкам, равен I. Рабочий ток в потен-
циометре Рапса составляет 0,1 mA, поэтому верхний пре-
дел измерения потенциометра будет состоять из суммы
падений напряжения в декадах:
на декаде /Д —10 X 0,0001 X Ю00 = 1,00000 V
. . К-г — 9 X 0,00001 X Ю00 = 0,09000 V
, , к — 9 X 0,0001 ХЮ =0,00900 V
» „ К— 9 X 0,00001 X 10 = 0,00090 V
, Къ— 10X 0,0001 Х0.1 =0,00010 у
Полное падение напряжения . . . 1,10000 V
Отсчет на потенциометре Рапса производится точно так
же, как на потенциометре Фейснера, путем выписывания
208
Рис. 157. Потенциометр Рапса.
на декаде /С. В цепи гальвано-
в ряд показаний у рычагов, начиная с первой декады. По-
стоянство рабочего тока в этом потенциометре также
почти сохраняется, так как при перемещении рычагов всех
декад не происходит никакого изменения сопротивления.’
Исключение составляет только последняя декада К& кото-
рая может быть либо вся введена (в процессе измерения),
либо выведена, но ввиду, малости ее сопротивления, соста-
вляющего всего 1 £ при общем сопротивлении 40000 2,
этим изменением можно практически пренебречь, так как
это дает погреш-
ность лишь 0,0025%-
Переключатель U
дает возможность
быстро переключать
гальванометр G от
искомого напряже-
ния (положение X) к
э. д. с. нормального
элемента (положе-
ние Л/). Нормаль-
ный элементприклю-
чается к сопротивле-
нию в 10180 Ю 2.
Последние 10 2 мож-
но по желанию вво-
дить через 1 2 при
помощи рычажка, за-
винчивающегося на]
метра имеется ключ Г, при помощи которого во время
измерений вводится сперва балластное сопротивление
в 50000 2 для предохранения нормального элемента и
гальванометра от повреждений, а затем ключ устанавли-
вается на нуль, тем са^ым используется полная чувстви-
тельность гальванометра. Порядок измерения тот же, что
у вышеописанных потенциометров. На рис. 157 показан
внешний вид потенциометра Рапса в*изготовлении фирмы
Сименс и Гальске.
§ 91. Расширение пределов измерения потенциометров.
Все потенциометры строятся на низкое напряжение, не пре-
восходящее .1,9 V. На практике гораздо чаще приходится
измерять напряжение вышеуказанного предела. Приспо-
соблением, служащим для расширения пределов измерения
потенциометров, является делитель напряжения, предста-
вляющий собой калиброванное сопротивление, от которого
взяты ответвления, обычно 0,1; 0,01 и 0,001 общего сопро-
тивления. Измеряемое напряжение приключается к дели-
14 Зак. 3921.—Электроизмерительная техника. 209
телю напряжения, откуда небольшая часть его подается
на потенциометр* Существуют два типа делителей напря-
жения: а) с постоянным сопротивлением, приключаемым
к измеряемому напряжению и б) с постоянным сопроти-
влением, приключаемым к потенциометру. Схема делителя
напряжения первого типа приведена на рис. 158,а. Подве-
денное напряжение делится на 10,. 100 й 1000 частей, одна
из которых и подается для измерения на потенциометр.
Соответственно у каждого гнезда имеется надпись, указы-
вающая, во сколько раз уменьшено напряжение. Для пере-
хода с одного предела измерения на другой штепсель
перемещают в нужное гнездо. В делителях напряжения
второго типа (рис. 158,Ь) напряжение подводится к разным
Рис. 158. Схемы делителей напряжения.
сопротивлениям, а потенциометр всегда замкнут ца не-
изменное сопротивление. Первый способ дает больше
гарантии от возможных повреждений делителя, так как
все сопротивление рассчитано на сравнительно высокое
напряжение.
§ 92. Измерение силы тока. Потенциометром можно
измерять не только напряжение, но и силу тока. Для
этого в удобном месте разрывают цепь* тока и включают
образцовое сопротивление rN (рис. 159). Падение напря-
жения на .образцовом* сопротивлении измеряют при помощи
потенциометра и по закону. Ома определяют силу тока.
Для большего удобства применяют сопротивления, вели-
чина которых равна 10”, где п — целое число, имеющее
значения от-|-5 до — 4. При измерении больших сил токов
применяются образцовые сопротивления, имеющие два
массивных токовых зажима, служащих для приключения
в цепь тока, и два, так называемых, потенциальных зажима,
падение напряжения на которых подается к потенциометру.
При выборе образцового сопротивления стремятся к тому,
210
чтобы количество знаков на потенциометре получилось
максимальным, так как желательно, чтобы в работе при-
нимали участие все рычаги. Однако, это условие не всегда
выполнимо, вследствие возможной перегрузки током об-
разцового сопротивления. Так, например, на потенцио-
метре Рапса, имеющем предел измерения 1,1 V, для изме-
рения силы тока 100 А, желательно было бы включить
сопротивление в 0,01 2, но максимальная нагрузка для
такого образцового- сопротивления составляет 70 А (при
погружении в керосин), следовательно, нужно применить
катушку в 0,001 2, что дает всего четыре знака при изме-
рис. 159. Компенсационный метод измерения силы
тока.
§ 93. Погрешности измерения и уход за потенцио-
метром. Потенциометры являются наиболее точными при-
борами. Результаты измерений на потенциометре получа-
ются обычно с точностью одной единицы последнего
знака, поэтому точность измерений возрастает с ростом
количества знаков. При использовании всех декад потен-
циометра погрешность измерения составляет 0,02 — 0,03%
и, главным образом, определяется точностью, с которой
изготовлены сопротивления в самом потенциометре. На
точность измерения влияет также внешняя температура,
от которой завиент э. д. с. нормального элемента. Это вли-
яние можно частично скомпенсировать, изменив сопроти-
вление, к которому приключается нормальный элемент (в по-
тенциометрах, допускающих эту регулировку). Величину
э. д. с. для данной температуры можно вычислить по фор-
муле, приведенной в § 77.
Изменением сопротивлений катушек потенциометра и
образцовых сопротивлений оз изменения температуры окру-
14* 211
жающей среды, также нельзя пренебречь, поэтому неко-
торые фирмы гарантируют точность лишь при 2СГС. Если
известна точность подгонки каждой катушки сопротивле-
ния потенциометра и поэтому имеется возможность ввести
поправку к каждому измерению, то при весьма тщатель-
ной работе можно получить точность порядка 0,001%.
Часто работу на потенциометре затрудняют токи уте-
чек, которые дают дополнительные отклонения гальвано-
метра. Это обстоятельство может быть вызвано плохой
изоляцией отдельных элементов схемы, в особенности
гальванометра. Поэтому при работе необходимо хорошо
изолировать провода от - испытуемой цепи. Лучшим спо-
собом, устраняющим токи утечки, является воздушная
проводка, гарантирующая от соприкосновения между со-
бой отдельных проводников'схемы, и тщательная изоляция >
гальванометра от подставки, на которой он установлен.
Часто для устранений утечек достаточно бывает тщательно
вытереть пыль с плиты, на которой установлен гальвано-
метр, поэтому чистота рабочего места на таких установках
играет решающую роль.
Правильная работа на потенциометре требует весьма
тщательного ухода за ним. Обычно, платта, на которой
монтируются катушки сопротивления потенциометра, изго-
товляется из, высококачественного эбонита. Обе поверх-
ности платты полируются для устранения утечек между
катушками. Наружную поверхность платты необходимо
тщательно оберегать от солнечных лучей, под влиянием
которых поверхность теряет свою полировку и поверхност-
ное сопротивление между контактами уменьшается.
Очистку ют пыли необходимо производить замшей или
очень мягкой фланелью. Контакты потенциометра проти-
раются тем же способом и смазываются костяным маслом
или вазелином, не содержащим кислот. При первом обна-
ружении* несвободного хода рычагов или переключателя
необходимо разобрать рычаг и устранить затирание В поо-
тивном случае образуются бороздки, резко ухудшающие
контакт.
§ 94. Потенциометры переменного тока. Компенсацион-
ный метод измерения находит применение и на переменном
токе. Однако, на переменном токе он не дает той точно-
сти, которая получается на постоянном. При сравнении
двух электродвижущих сил переменного тока приходится
сравнивать их не только по величине, но и по фазе. Это
усложняет схему и вызывает дополнительные погрешности.
Кроме того, для установки рабочего тока в компенсацион-
ных схемах -переменного тока приходится пользоваться
212
приборами с непосредственным отсчетом, которые могут
обеспечить в лучшем случае точность, не превосходящую
±0,3%.
Тем не м.енее, компенсационный метод на переменном
токе оказывается весьма полезным, так как дает возмож-
ность измерить э. д. с. без потребления мощности. Это
позволяет применить компенсационный метод для измере*-
ния в маломощных цепях. То обстоятельство, что потен-
циометры • переменного тока дают возможность измерить
не толькомвеличину э. д. с., лно и определить ее фазу, еще
более расширяет область применения компенсационного
метода на переменном токе.
Чрезвычайное разнообразие схем потенциометров пере-
менного тока заставляет нас рассмотреть здесь лишь один
из наиболее распространенных потенциометров, аг именно
потенциометр Гейгера (рис. 160). Он состоит из двух ком-
бинированных проволок АВ и CD, шунтированных сопро-
тивлениями и г2- Одна из проволок, а именно АВ, со-
единена последовательно с первичной обмоткой воздушного
трансформатора Т и амперметром Л. Вторая проволска CD при-
соединена через магазин сопротивлений г к вторичной
обмотке трансформатора. Середины проволск соединены
между собой и поэтому имеют одинаковый потенциал.
Это соединение осуществлено таким образ эм, что не препят-
ствует перемещению движков и К2 по всей длине про-
волок АВ и CD.
213
Сопротивление реохорда АВ и шунта t\ подобраны
так, что при силе тока Д—0,5 А, который устанавливается
при помощи амперметра А, падение напряжения на зажимах
реохорда АВ равно 0,04 V. При помощи сопротивления г
добивается того, чтобы величина напряжения на зажи-
мах CD также была равна 0,04 V:
t/1==t/3 = 0,04 V.
Для того, чтобы это условие соблюдалось при всех ча-
стотах, нужно соответствующим образом выбрать сопро-
тивление г. При низких частотах (от 12,5 до 150 Hz) его
величина рассчитывается по формуле:
где /—частота в герцах.
Для более высоких частот применяют второй трансфор-
матор (не показанный на рисунке) и тогда сопротивление
подсчитывается по формуле:
Электродвижущая сила, возникающая во вторичной об-
мотке трансформатора, отстает по фазе на угол 90° от
тока /р а, следовательно, и от напряжения С\. Так как
вторичная'цепь почти не обладает индуктивностью, то ток Ц
можно считать совпадающим по фазе со вторичной элек-
тродвижущей силой (в действительности они сдвинуты на
угол в 5 минут, но это почти не влияет на результат из-
мерения). Вследствие этого, цдпрйжения Ut и U2 сдвинуты
по фазе относительно друг друга также на 90°.
Измеряемая э. д. с. Ех включается последовательно
с вибрационным гальванометром G (см. § 57) к движкам
и К2. При измерении подбирают такое положение движ-
ков, чтобы вибрационный гальванометр не давал отклоне-
ний. Это означает, что измеряемая э. д. с._уравновешена
падением напряжения между и К2, которое склады-
вается из двух взаимно сдвинутых на 90° частей: ОК± и
ОК2. Поэтому величина измеряемой э. д. с. может быть
вычислена следующим образом:
WmW
Так как середины реохордов - соединены между собой,
то это дает возможность измерить э. д. с. при* любом
сдвиге.
214
Действительно, падение напряжения на участке ОА
опережает на 9(Г падение напряжения’на участке ОС и,
наоборот, отстает от напряжения OD (рис. 161). Поэтому,
располагая движки и /С2 в различных местах реохор-
дов, мбжно всегда достигнуть компенсации. Так, например,
для положений движков, изображенных на рис. 160, иско-
мая э. д. с. изобразится вектором, равным и направленным
Рис. 161. Диаграмма напряжений в потенциометре Гейгера.
противоположно сумме напряжений U' и U". Непосред-
ственно при помощи потенциометра Гейгера можно изме-
рить э. д. е., не превышающую 20 mV. Поэтому при изме-
рении больших напряжений применяют делители напря-
жения.
ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОВТОРЕНИЯ И ЗАДАЧИ
1. Каким должно быть сопротивление амперметра? Почему?
2. Каким образом компенсируется погрешность от измене-
ния температуры окружающей среды- в амперметрах
с шунтом?
215
3. Рассчитайте шунт на 30 А к прибору сопротивлением
25 Q, полное отклонение которого наступает при напря-
жении 75 mV.
4. Каким должно быть сопротивление вольтметра? Почему?
5. Какое добавочное сопротивление*нужно включить, что-
бы увеличить предел измерения от 15 до 150У/если ток
полного отклонения вольтметра составляет 3 mA?
6. Каковы преимущества компенсационного метода измере-
ния напряжения?
7. Как установить рабочий ток в потенциометре Рапса?
8. Как измер'ить силу тока при помощи потенциометра?
9. Почему в образцовых сопротивлениях предусматрива-
ются еще два дополнительных зажима?
10. Какие трудности возникают при использовании компен-
сационного метода на переменном токе?
11. В потенциометре Гейгера при компенсации движок К\
оказался расположенным в левой части реохорда (см.
рщс. 160) и указывал 12 mV, и движок ЛГ2—в правой
части реохорда и указывал 5 mV. Определите величину
искомой э. д. с. и укажите, в каком квадранте (рис. 161)
расположен ее вектор.
ГЛАВА VII
ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ
МЕТОД АМПЕРМЕТРА И ВОЛЬТМЕТРА
§ 95. Схемы включения и погрешности метода. Метод
состоит в одновременном отсчете по вольтметру и ампер-
метру величины падения напряжения на измеряемом сопро-
Рис. 162. Измерение сопротивлений методом амперметра и вольтметра.
а
тивлении и силы протекающего по нему тока. Величина
измеряемого сопротивления вычисляется по закону Ома:
= (24)
При этом возможны две схемы включения приборов:
рис; 162,а и рис. 162,Ь.
Из рассмотрения обеих схем легко установить, что при
пользовании формулой (24) без применения поправок ме-
тод дает лишь приближенное значение измеряемого сопро-
тивления. Так, в первой схеме по сопротивлению гх про-
текает лишь часть тока, измеряемого амперметром А. Во
второй схеме (рис. 162) на том же сопротивлении гх падает
лишь часть напряжения, измеряемого вольтметром V. Более
217
точное измерение можно произвести, введя в формулу (24)
необходимые поправки. Тогда получим для первой схемы:
U
(25)
где г„— сопротивление вольтметра.
Для второй схемы:
/ ’
где га—сопротивление амперметра.
При пользовании формулами (25) и (26), а это бывает
возможно лишь в тех случаях, когда известны сопроти-
вления приборов rv и га, обе схемы являются равноценными.
В случаях, когда введение е поправок почему-либо невоз-
можно, необходимо для увеличения точности измерения
пользоваться первой«схемой при малых значениях и второй
схемой при больших значениях измеряемого сопротивления.
Это вытекает из следующих соображений. Если обозна-
чить приближенное значение сопротивлейия, 'вычисленное
по формуле (24), через г/, то формула (25) преобразуется
так:
(26)
Из последнего выражения следует, что при пользовании
первой схемой значения гх и г/ тем более приближаются
друг к другу, чем меньшее значение имеет дробь —, т. е.
чем меньше измеряемое сопротивление по сравнению с по-
стоянным сопротивлением вольтметра.
Преобразуя аналогичным образом формулу (26), полу-
чаем:
гх
и Га) /,
/ / - 1
откуда следует, что при пользовании второй схемой значе-
Г
ния гх и г/ тем ближе, чем меньще дробь — , т. е. чем
218
больше измеряемое сопротивление по сравнению с сопро-
тивлением амперметра. При равенстве поправочных дробей:
имеем
из чего вытекает, что первой схемой следует пользоваться
в тех случаях, когда измеряемое сопротивление меньше
Vrarv, а второй схемой, — когда оно больше.
На рис. 163 приведены кривые, показывающие отклоне-
ние величины измеряемого
значения в зависимости от
выбора схемы включения.
Из рисунка видно, что при
некотором значении изме-
ряемого сопротивления* г
погрешности обоих спосо-
бов измерения равны. При
больших значениях гх . по-
грешность первого способа
возрастает^ второго умень-
шается. При меньших зна-
чениях наблюдается обрат-
ное.
Как это следует из преды-
дущего, при пользований
формулами (25) и (26) ме-
тод амперметра и вольт-
метра не вносит дополни-
тельных погрешностей, од-
нако, точность измерения
все же невелика. Основная
сопротивления от истинного
Рис. 163. Погрешности измерения
сопротивлений методом амперметра
и вольтметра.
погрешность измерения определяется суммой погрешно-
стей амперметра и вольтметра, а так как точность луч-
ших лабораторных измерительных приборов не превы-
шает 0,2%, то и точность метода не может превосхо-
дить 0,4%-
Необходимо обращать особое внимание на величину
переходных сопротивлений в местах присоединения изме-
ряемого сопротивления и измерительных приборов. Боль?
шие значения переходных сопротивлений ^огут явиться
источником значительных погрешностей, особенно при изме-
рении малых сопротивлений.
219
§ 96. Область применения. Метод амперметра и вольт-
метра может быть применен во всех случаях, когда не
требуется большой точности. Он особенно удобен для из-
мерения сопротивлений, находящихся под током, а также
в тех случаях, когда имеется необходимость измерить
в рабочем режиме сопротивления, сильно меняющие свою
величину от нагревания вследствие нагрузки.
При пользовании этим методом для измерения сопроти-
вления обмоток, обладающих большой индуктивностью (на-
пример, имеющих железные сердечники), необходимо,
в целях предохранения вольтметра от экстратоков, выклю-
чать его до размыкания главней цепи.
Метод амперметра и вольтметра может быть применен
также и при переменном токе для измерения полного со-
противления z, а также для измерения реактивного сопро-
тивления х. Для измерения последних в схему включается
ваттметр, с помощью которого измеряется мощность Р,
расходуемая _в измеряемом сопротивлении. Пользуясь по-
казаниями амперметра и вольтметра, можно определить
полное сопротивление:
По показаниям ваттметра и амперметра определяется
активное сопротивление:
По этим данным вычисляется величина реактивного со-
противления:
— Р V LP — P
х = У z2 — r-=y ---—=---------j--.
ОММЕТРЫ
§ 97. Омметры с последовательной и параллельной
схемой. Для технических измерений, не требующих боль-
шой точности, применяются омметры, дающие возможность
определить величину измеряемого сопротивления путем
непосредственного отсчета по шкале стрелочного прибора.
Эти приборы находят себе широкое применение в практике.
Их конструкции весьма разнообразны. Омметры изгото-
вляются как для измерения больших сопротивлений, напри-
мер, сопротивлений изоляции, так и для измерения средних
и малых сопротивлений.
220
По своей конструкции омметры делятся на две группы:
к первой относятся приборы, показания которых зависят
от постоянства приложенного напряжения, ко второй — не
зависящие от напряжения.
Простейшая схема, позволяющая уяснить принцип дей-
ствия омметра первой группы, изображена на рис. 164.
Здесь измеряемое сопротивление гх включено в цепь
источника напряжения U последовательно с постоянным
с
Рис. 164. Схема омметров.
сопротивлением /*0 и измерительным прибором, имеющим
сопротивление га. При разомкнутом ключе К имеем:
откуда
U
I

Если источник тока поддерживает постоянное напряже-
ние, то 67= const так же, как и г0 и га и, следовательно,
каждому значению силы тока, протекающему через при-
бор, соответствует определенное значение измеряемого
сопротивления гх, благодаря чему прибор может быть от-
градуирован в омах. Однако, его показания будут правильны
лишь при постоянстве напряжения источника тока.
Рассматриваемая схема омметра является последователь-
ной. Ток, протекающий в омметре, равен:
Го+<+/•* ’
где а— угол отклонения стрелки.
291
Если замкнуть ключ К, что соответствует случаю, когда
/^ = 0, ток в цепи будет иметь максимальное значение, и
стрелка прибора займет крайнее правое положение на
шкале. Если же ключ К разомкнуть и оставить зажимы
а и b ничем не соединенными, что соответствует случаю,
когда гж = оо, тока в цепи не будет и стрелка прибора
не отклонится, а останется в крайнем левом положении на
шкале. В случае, когда rz = 0, сила тока максимальна:
г П U
1 max max r i и
,10~ГГа
Разделив / ha 7max и умножив обе части уравнения на
100, получим:
~ 100 = . 100%. (27)
niax Л) Т а I ?х
Это уравнение выражает угол отклонения стрелки ом-
метра в зависимости от величины гх в процентах от всей
шкалы.
Середине шкалы (а = 50%) соответствует случай, когда
измеряемое сопротивление

В самом деле, подставляя это значение гх в уравне-
ние (27), получаем:
а —
ГьЛ~га
100 = • ЮО = 50%.
2 (rQ + ra) /0
Таким образом, средняя отметка шкалы омов всегда со-
ответствует значению внутреннего сопротивления (?д + го)
омметров с «последовательной схемой.
Параллельная схема омметра изображена на рис. 164,Ь.
В этой схеме сопротивление гх шунтирует измерительный
прибор. ‘При увеличении значений гх ответвляющаяся
в него часть тока уменьшается за счет увеличения силы
тока в приборе. Вследствие этого большим значениям из-
меряемых сопротивлений соответствуют большие углы от-
клонения стрелки, и нуль шкалц омов расположен в левой
части шкалы в противоположность шкалам омметров с по-
следовательной схемой. В общем случае сила тока, проте-
кающего через батарею и г0, выражается следующим об-
разом:
222
6 измерительный прибор ответвляется лишь часть этого
тока, а именно:
Максимальному отклонению стрелки атах соответствует
ток:
шах '-'л’шах ~ v
Zo4~ Га
Разделив первое уравнение на второе и умножив. част-
ное на 100, получим угол отклонения стрелки в омметре
с параллельной схемой в процентах от всей шкалы:
-Д- ЮО = —----------------------------. loo.
6’шах а Ч~" 1 0^х “Г* ? а?х
(28).
Середине шкалы для этой схемы соответствует* значе-
ние измеряемого сопротивления, равное:
г —, Г° Г“
х Го + га •
§ 98. Шкалы’ и погрешно-
сти омметров. Шкалы оммет-
ров неравномерны. Характер
шкалы определяется уравне-
ниями (27) и (28), выражаю-
щими зависимость угла откло-
нения стрелки прибора от ве-
личины измеряемого сопроти-
вления. Как это было пока-
зано в предыдущем пара-
графе, шкала омметра может
охватывать оба предельные
значения гх от нуля до бес-
конечности. Значащие цифры
шкалы лежат в более узких
пределах. Выбор рабочей ча-
Рис. 165. Допустимая основная
погрешность омметра.
сти шкалы осуществляется путем соответствующего под-
бора величин внутреннего сопротивления прибора га и со-
противления rG<
223
Погрешность омметров выражается в процентах от дан-
ного показания, а не от наибольшего показания, как это
принято для други? измерительных приборов. Погрешность
омметра можно вычислить, исходя из нормальной погреш-
ности магнитоэлектрического прибора (1 или 2%).
Относительная погрешность омметров в разных точках
шкалы показана на’ кривой рис. 165. Эта кривая построена
для омметра, в котором применен магнитоэлектрический
прибор, имеющий абсолютную погрешность в любом месте
шкалы 1% от наибольшего показания. Как видно из кри-
вой, наименьшую погрешность (4%) омметр имеет в сере-
дине шкады. По мере приближения к краям шкалы погреш-
ность возрастает, стремясь к бесконечности. Пределами
рабочей части шкалы, согласно проекту стандарта, являются
точки, в которых погрешность достигает восьмикратной
величины от абсолютной погрешности примененного в ом-
метре магнитоэлектрического прибора. Пределы измерения
рабочей части шкалы соответствуют приблизительно 20 и
600% °т значения средней точки шкалы омметра.
Если в омметре применить магнитоэлектрический при-
бор III класса, имеющий погрешность 2%, ^относитель-
ные погрешности омметра возрастут вдвое по сравнению
с показанными на рис. 165.
§ 9JT. Влияние напряжения. В качестве источников на-
пряжения в омметрах применяются батареи сухих элемен-
тов или аккумуляторов, либо небольшие генераторы посто-
янного тока, называемые индукторами.- Принцип действия
последних состоит в следующем: в поле постоянного маг-
нита помещается якорь, который может быть приведен во
вращение с помощью рукоятки. Концы обмоток якоря вы-
ведены к коллектору, с которого снимается постоянный ток.
Как индукторы, так и батарей не обеспечивают постоян-
ства напряжения, которое является непременным условием
правильности показаний омметра. Напряжение батарей ме-
няется со временем. Напряжение индукторов зависит от
скорости вращения якоря. Для поддержания постоянного
напряжения необходимо предусматривать в конструкциях
омметров возможность проверять и в известных пределах
компенсировать изменения напряжения.
Для проверки напряжения обычно служит кнопка, при
нажатии которой стрелка прибора должна занять опреде-
ленное положение на шкале. Например, в омметре с после-
довательной схемой (см. рис. 164,а) при нажатии кнопки
замыкается ключ К, вследствие чего стрелка должна стать
на 0 шкалы омов. Перед каждым измерением необходимо
производить поверку напряжения. Если стрелка не стано-
224
вится на нужное деление, необходимо ее установить, для
чего, в зависимости от конструкции прибора, применяется
один из следующих способов:
а) Э л ект р и ч ес к и й шунт. Рамка магнитоэлектри-
ческого прибора шунтируется плавно меняющимся сопро-
тивлением. Изменяя его величину, можно изменять чувст-
вительность прибора и получить нужное отклонение под-
вижной части при имеющемся напряжении.
б) Магнитный шунт. Это приспособление представ-
ляет собой железную пластину, которая может перемещаться,
приближаясь или удаляясь
от полюсных наконечников
магнита, тем самым изме-
няя плотность магнитного
потока в воздушном зазо-
ре. Перемещая магнитный
шунт, устанавливают такую
плотность магнитного по-
тока, при которой измене-
ние напряжения будет ком-
пенсировано.
в) Механические
приспособления. В ом-
метрах, питаемых с по-
мощью индукторов, необ-
ходимо произвести отсчет
при определенной скорости Фиксомметр фирмы Гартман
вращения якоря. В одном и Брау-н
из омметров фирмы Гарт-
ман и Браун (фиксомметр) применено устройство, изобра-
женное на рис. 166.
Рычажок b удерживает легкую рамку а над стрелкой
прибора. При достижении рукояткой индуктора требуемой
скорости центробежный затвор с, помещенный на оси ин-
дуктора, воздействует на рычажок b и освобожденная рамка
а падает и прижимает стрелку к шкале, после чего произ-
водится отсчет.
§ 100. Омметры, не зависящие от напряжения. Незави-
симость показаний омметров от напряжения достигается
применением в них особых приборов. По своему назначе-
нию эти приборы являются измерителями отношения двух
токов и называются логометрами.
Принцип действия логометра магнитоэлектрической си-
стемы понятен из рассмотрения простейшей схемы, изобра-
женной на рис. 167. В поле постоянного магнита помещены
две катушки и S2, укрепленные на одной оси и жестко
15 Зек. 3924. — Электроизмерительная техника. 225
связанные друг с другом под углом 90°. Токи подводятся
к каждой катушке отдельно при помощи подводок, не со-
здающих противодействующего момента. Пружин в приборе
нет, поэтому при отсутствии тока в катушках подвижная
часть находится в покое, занимая безразличное положение.
Прибор конструируется так, чтобы при протекании тока в ка-
тушках возникающие вращающие моменты были направлены
навстречу друг другу, и чтобы величина каждого из момен-
тов зависела от угла поворота подвижной части.
В рассматриваемой схеме имеет место следующее. Вслед-
ствие взаимодействия протекающих в катушках токов и
Рис. 167. Принципиальная схема логометра магнитоэлектрической
* системы.
/2 с магнитным полем возникают две пару сил и
Каждая из них может быть разложена на две составляю-
щих, одна из которых направлена вдоль плоскости катушек
и не вызывает их перемещения, а другая направлена пер-
пендикулярно к плоскости катушек и создает вращающий
момент.
Эти составляющие обозначены на рис. 167 соответствен-
но через Д и /2.
Вращающие моменты для обеих катушек выразятся так:
^1=// и Л/2 = /2г,
где г является плечом пары и равно ширине катушки.
226
Обозначив углы, образованные плоскостями катушек
с направлением поля через аир, получаем, что
/i = ?! cosa и /2 = F2 cos р,
а так как
р —90° —а,
то
/2 = ?2 cos (90° — а) = Е> sin а.
Таким образом:
Мк = F\rcosa и М2 = ?2r sin а.
Силы ?! и Л2 зависят от плотности магнитного потока В,
силы токов в катушках Д и /2, а также от числа витков
и длины активных сторон катушек. Поскольку последние
две величины являются для каждой катушки постоянными,
мы можем выразить силы ?! и ?2 следующим образом:
/71==А1/1Д и ?2 — к%12В,
где kx и А2 — коэфициенты пропорциональности, зависящие
от данных катушек и 52. Отсюда получаем:
Af1 = ^1/1Brcosa и /И2 = £2/2Sr sin а.
Разность этих моментов, направленных в противополож-
ные стороны, приведет подвижную часть во вращение и
установит ее в положение равновесия, которое определяется
равенством двух моментов:
Мг = М2.
Отсюда
k^Br cos а — k2I2Br sin а
или
Приведенное рассуждение соответствует простейшему
случаю, когда поле постоянного магнита равномерно и угол
между катушками равен 90°. В этом случае зависимость
угла поворота а от отношения токов выражается тангенсом
угла. При несоблюдении этих условий зависимость будет
иная, но угол поворота попрежнему будет зависеть от от-
ношения токов:
Т=/(а)-
Практически магнитное поле логометров всегда делается
неравномерным, что достигается искажением формы полюс-
15* 227
ных наконечников, эксцентричностью или искажением цилин-
дрической формы сердечника. Очень часто для этой цели
применяются сердечники с сечением в виде эллипса
(рис. 169). Катушки могут быть расположены под углом и
не равным 90э (рис. 168).
Кроме магнитоэлектрических существуют также лого-
метры электродинамической, электромагнитной и других си-
стем (см. §§ 114, 115).
Схема омметра с применением логометра приведена на
Здесь гх — измеряемое сопротивление, г0 — неко-
торое постоянное сопроти-
вление, а гх и г2 — сопроти-
вления катушек.
Токи в катушках соот-
ветственно равны:
U
рис. 169.
но
= /(«),
= /(“),
Рис. 168. Схематический вид дого-
метра магнитоэлектрической си-
стемы.
откуда
следовательно,
Если пренебречь малым сопротивлением катушек гх и
г2, получим:
Гх = Го • f («)•
Из рассмотрения этого типа омметров следует, что их
показания зависят исключительно от отношения сил токов
и не зависят от приложенного напряжения. В приборах
этого типа обычно применяются два сопротивления г0' и
г0", причем чаще всего ro"=lQ0ro'. Пользуясь тем или
другим Сопротивлением, получают различные пределы из-
мерения, причем, уменьшая в несколько раз величину со-
противления г0, во столько же раз уменьшают цену деле-
ния прибора.
228
Рис. 169. Схема омметра с логометром.
Рис. 170. Схема омметра завода .Электроприбор
Рис. 171. Внешний вид ом-
метра завода „Электропри-
бор*.
§ 101. Конструкции омметров. Существует большое
количество различных типов омметров. В них могут быть
применены в качестве измерительных элементов приборы
любых систем, однако, в огромном большинстве случаев
применяются магнитоэлектрические приборы жак обладаю-
щие наибольшей чувствительностью. Обычно в омметрах
предусматриваются два (иногда три) предела измерения и
часто имеются дополнительные зажимы, допускающие ис-
пользование прибора в качестве
вольтметра.
На рис. 170 изображена схема,
а на рис. 171—внешний вид ом-
метра, изготовляемого заводом*
„Электроприбор". Прибор имеет
два предела измерений, одному из
которых соответствует шкала „сот-
ни", а другому—„тысячи" ом. В за-
висимости от пользования той или
другой шкалой к прибору присое-
диняется либо Ъдин элемент (к за-
жимам „ + “ и „1 эл.“), либо бата-
рея в 8 вольт (к зажимам „ “
и „8"). В первом случае вводится
последовательно с рамкой сопро-
тивление около 400Q, во втором —
сопротивление около 4500 2. Из-
меряемое сопротивление присоеди-
няется к зажимам X. По осво-
бождении арретира (тормоза) Т
поверяют положение стрелки, ко-
торая должна стоять на делении со.
Установка стрелки производится
с помощью корректора. Затем, на-
кнопки О и 2 и передвигая рыча-
жав одновременно на
жок МШ, приводящий в действие магнитный шунт, устана-
вливают стрелку на 0. После этого, освободив кнопку О,
производят отсчет по шкале.
МЕГОММЕТРЫ
§ 102. Назначение мегомметров и предъявляемые к ним
требования/Являясь разновидностью омметров, мегомметры
служат для измерения больших сопротивлений и приме-
няются, главным образом, при испытаниях сопротивления
изоляции сетей. Вследствие этого, к мегомметрам предъ-
является ряд специфических требований, обусловленных
230
характером и условиями тех измерений, для которых они
предназначены.
Состояние изоляции электротехнических установок имеет
огромное значение как с точки зрения требований безопас-
ности, так и из соображений экономических, вследствие
потерь энергии из-за дефектности изоляции. Правила
и нормы для электрических сооружений требуют испыта-
ния каждой установки на изоляцию перед ее включением.
Кроме того, состояние изоляции должно проверяться перио-
дически во все время действия установки. Согласно этих
же правил, при испы-
тании изоляции сети щ
должно быть опре- '
делено сопротивление
изоляции между каж- 8 ’
дым проводом и зем-
лей, а также между
каждой парой прово-
дов разного потен-
циала. Испытание долж-
но производиться на-
пряжением не ниж'е
рабочего напряжения
сети и во всяком слу-
чае не ниже 100 V.
Сопротивление изо- -------------- *--------------г—»
ляции проводов на лю- 40 %®
бом участке сети ДОЛЖ- рис Зависимость сопротивления изо-
но быть не менее, чем ляции от приложенного напряжения.
1 000 Q, умноженных на
число вольт рабочего напряжения. Таким образом, для
сети с рабочим напряжением 110 V сопротивление изоля-
ции проводов должно быть не менее 110 000 Q.
Этими условиями определяются требования, которым
должны удовлетворять мегомметры. Прежде всего эти
приборы должны иметь очень широкие пределы измерений
для того, чтобы ими можно было отметить и ноль омов
(короткое замыкание) и несколько десятков или сотен ме-
гомов (в зависимости от величины требующегося по нор-
мам сопротивления).
Далее, весьма важно, чтобы мегомметры имели свой
источник напряжения, так как при пользовании ими, как
переносными приборами, при измерениях изоляции в раз-
личных пунктах сети не всегда бывает возможно обеспе-
чить измерения источником необходимого постоянного на-
пряжения.
231
Величина этого напряжения, как было указано выше,
не должна быть менее 100 V. Практически часто при-
ходится пользоваться более высокими напряжениями, так
как это необходимо для увеличения верхнего предела из-
мерения приборов. Однако, повышение напряжения огра-
ничивается тем, что напряжение влияет на сопротивление
изоляции, которое уменьшается с увеличением напряжения.
Вследствие этого без необходимости пользоваться слишком
высоким напряжением не следует. Зависимость сопроти-
Рис. 173. Схема испытателя изо-
ляции типа МПИ завода .Эле-
ктроприбор*.
Рис. 174. Внешний вид испытателя
изоляции типа МПИ.
вления изоляции от приложенного напряжения показана
на рис. 172.
§ 103. Конструкции мегомметров. Большинство фирм
изготовляет мегомметры с разным напряжением индукторов
и разными пределами шкал. При выборе того или иного
типа следует руководствоваться соображениями, изложен-
ными в предыдущем параграфе. Для устранения погрешно-
стей; связанных с непостоянством напряжения, применяются
те же способы, которые были рассмотрены в отношении
омметров (см. § 99). Кроме того, применяются специаль-
ные приспособления, служащие регуляторами скорости вра-
щения якоря индуктора. Так, например, ОЛИЗ завода „Эле-
ктроприбор* в мегомметрах типа МОМ-2, снабженных генера-
тором на ООО V, применяет центробежный регулятор, не
допускающий повышения скорости якоря выше нормальной.
На рис. 173 и 174 изображены схема и внешний вид
„испытателя изоляции" типа МПИ, изготовляемого заводом
232
„Электроприбор*. 'Этот прибор состоит из небольшого
генератора переменного тока U, якорь которого приводится
во вращение с помощью рукоятки. Автотрансформатор Т
повышает напряжение, даваемое генератором до 400 V, после
чего оно подводится к кольцам выпрямляющего устрой-
ства А, насаженного на одну ось с генератором. Выпря-
мленный ток поступает в схему омметра. Измеряемое со-
противление присоединяется к зажимам 3 и„ “. В случае
измерения сопротивления изоляции относительно земли
зажим 3 заземляется. Для производства измерения надо,
нажав кнопку К, подобрать скорость вращения рукоятки
так, чтобы стрелка прибора дала полное отклонение. После
Рис. 175. Схема мегомметра типа МОМ завода „Электроприбор*.
этого, отпустив кнопку и не изменяя скорости вращения
рукоятки, производят отсчет по шкале омов.
С помощью испытателя изоляции можно производить
измерение сопротивлений до 10 М£2. Кроме шкалы сопро-
тивлений прибор имеет шкалу напряжений и может слу-
жить вольтметром с йределами измерения 120 и 240 V.
В качестве измерителя в приборе применен обычный
миллиамперметр магнитоэлектрической системы, програ-
дуированный на омы и вольты.
Рассмотренный прибор, пользующийся широким распро-
странением вследствие своей простоты и дешевизны, обла-
дает рядом недостатков, из которых главными являются
зависимость показаний прибора от напряжения и, следова-
тельно, от скорости вращения рукоятки, недостаточно
высокий предел измерения и малая точность.
Современные типы мегомметров свободны от этих не-
достатков. На рис., 175 и 176 изображены схема и внеш-
ний вид мегомметра типа МОМ, изготовляемого заводом
233
„Электроприбор". Измеряемое сопротивление присоеди-
няется к зажимам Е и L. В качестве измерителя применен
логометр магнитоэлектрической системы (§ 100), рамки
которого обозначены через
Рис. 176. Мегомметр типа МОМ.
1 и 2. Рамка /, включенная
последовательно с измеряемым
сопротивлением и внутренним
сопротивлением /'0, создает
вращающий момент. Рамка 2,
включенная через добавочное
сопротивление г параллельно
генератору, создает противо-
действующий момент. Благо-
даря специальной форме сер-
дечника и полюсных наконеч-
ников этот прибор позволяет
производить с достаточно
большой точностью измерение
сопротивлений в весьма широ-
ких пределах. При 120 обо-
ротах рукоятки в минуту напряжение, даваемое генерато-
ром, составляет 500 V. Однако, благодаря применению
логометра изменение скорости вращения рукоятки от 60
Рпс. 177. Схема мегомметра фирмы Сименс и Гальске.
до 180 оборотов в минуту не оказывает влияния на точ-
ность измерения.
Приборы изготовляются для двух пределов измерения:
от 10 000 2 до 20 М2 и от 20 000 2 до 100 М2. Погреш-
ность показаний нигде не превышает 1% от длины шкалы,
234
а в пределах от 20 000 £ до 1,5 М2 для мегомметра па
20 М 2 и от 100 000 2 до 10 М 2 для мегомметров на 100 М 2
она не превышает 10% от измеряемой величины.
Большое распространение получили мегомметры фирмы
Сименс и Гальске, схема которых показана на рис. 177,
а внешний вид-—на рис. 178.
Измеряемое сопротивление присоединяется к зажи-
мам Е и Z. Сопротивление г и г0 и рамки логометра 1 и 2
включены так же, как и в рассмотренной выше конструк-
ции. С помощью переключателя К можно шунтировать
рамку 1 и сопротивление г0
сопротивлениями г\ или г2.
При этом чувствительность
прибора уменьшается в 10
или в 100 раз> благодаря
чему -прибор имеет очень
широкие пределы измере-
ния. Мегомметры 5того ти-
па изготовляются с гене-
раторами на напряжения
в 400, 500, 1 000 и 2 500 V.
Пределы измерения весьма
разнообразны и доходят до
10000 М2. '
Рис. 178. Мегомметр фирмы Сименс
и Гальске.
МОСТОВОЙ И КОМПЕНСАЦИОННЫЙ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРО-
ТИВЛЕНИЙ
§ 104. Теория моста Вите гона. Мост Витстона (рис. 179)
представляет собой четыре сопротивления, образующих
замкнутый четырехугольник, в одну из диагоналей кото-
рого включен'гальванометр, а в другую — источник тока.
Сопротивления, входящие в схему, называются плечами
моста. Ток I разветвляется* в точке а на токи /, и /3.
В диагонали моста bd также протекает некоторый ток,
вызывающий отклонение гальванометра. Наконец, в плечах
Ьс и bd протекают • токи /2 и lv сходящиеся в точке с.
Таким образом, в общем случае в различных ветвях моста
протекает одновременно шесть токов различной величины.
Сопротивления плеч моста можно подобрать так, чтобы
потенциалы точек b и d были одинаковы. В этом случае
в цепи гальванометра не будет тока. Такое положение на-
зывается положением равновесия моста, а процесс
подбора сопротивлений для достижения этого положения —
уравновешиванием моста,
Ж
Рассмотрим, при каких условиях мост окажется в равно
весии. Из равенства потенциалов точек b и d:
vb = va,
отсюда
(29)
также
К— V = V,— V.
v Ъ v с d v с*
Заменяя разности потенциалов падением напряжения,
получим:
Va-Vt = Uab = Ijx
Va — Vd = Uad — I3rl
Vb-Vc = Ub=I2r0
Уа-Уе = ^с-Цг2
Подставляя полученные Значения в равенства (29), полу-
чим:
Разделим почленно одно равенство на другое:
ЛГ2 ЛГ1
236
Замеченная опечатка
Стр. Строка Напечатано Должно быть
236 1 снизу ^2Г0 Vo
Зак. 3924. Арутюнов. Электроизмерительная техника.
При равновесии моста и при отсутствии тока в диаго-
нали bd‘.
Поэтому уравнение (30), после сокращения .равных то-
ков, выразится так:
Го г2’
отсюда
г!Л = 'Ь'1 (31)
или
= (32)
'2
Из уравнения (30) следует, что равновесие моста имеет
место, когда произведения сопротивлений противополож-
ных плеч равны.
Из рассмотренной схемы ясно, что мост Витстона может
служить для измерения сопротивлений. Для этого доста-
точно включить измеряемое’ сопротивление гх в одно из
плеч моста (например ab) и подобрать величины остальных
сопротивлений так, чтобы ток в диагонали bd был равен
нулю. Зная величины остальных сопротивлений, можно
вычислить величину измеряемого сопротивления гх.
§ 105. Мосты с постоянным и переменным отношением
плеч. Из уравнения (32) мы видим, что при равновесии
моста измеряемое сопротивление равно произведению co-
г. _
противления г0 на отношение плеч — . Отсюда следует,
Г2
что уравновешивание моста можно производить двумя
способами. Первый способ состоит в том, чтобы, установив
г<
постоянное отношение плеч —, уравновесить мост путем
г2
подбора нужного значения г0. При втором способе сопро-
тивление г0 остается неизменным, й равновесие моста дости-
гается подбором отношения —. Мосты первого типа носят
Г2
название мостов с постоянйым отношением плеч, а мосты
второго типа — с переменным отношением плеч. Мосты вто-
рого типа часто изготовляются в виде, так называемых,
линейных мостов, устройство которых состоит в следую-
щем.
237
Для вычисления измеряемого сопротивления гх доста-
ri
точно знать только отношение нлеч —, и нет необходи-
Г2
мости знать абсолютные величины сопротивлений и г2.
Если в качестве этих сопротивлений взять хорошо калибро-
ванную проволоку, т. е. такую проволоку, которая на всем
своем протяжении обладает одинаковым сечением и состоит
из однородного материала (одинакового удельного сопро-
тивления), то сопротивление такой проволоки будет про-
л
порционально ее длине и вместо отношения плеч — можно
гъ
будет ввести отношение длин калиброванной проволо-
Схема линейного моста изображена на рис. 180. Между
точками ас протянута калиброванная проволока, по кото-
рой перемещается движок, изображенный на схеме стрелкой.
Этот движок устанавливается в такое положение d, чтобы
ток в гальванометре отсутствовал, после чего сопротивле-
ние га вычисляется по формуле:
Л
к
238
Отношение ~ обычно не приходится вычислять, так как
*2
под проволокой помещена шкала, на которой отмечены
Л
значения -j-, соответствующие различным положениям
движка. Проволока ас носит название реохорда. Во мно-
гих конструкциях линейных мостов реохорд имеет форму
окружности, а движок укреплен на ручке, при вращении
которой он перемещается по реохорду. Каждому положе-
Рис. 181. Рычажный мост Витстона фирмы Си-
менс и Гальске.
нию ручки соответствует определенное, указанное на спе-
циальной шкале, значение .
Z2
§ 106. Конструкции мостов Витстона. Обычно мосты
Витстона изготовляются различными фирмами в виде со-
бранных в схему и смонтированных в одном ящике всех
необходимых для измерения элементов, а именно: сопроти-
влений r0, и г2, гальванометра, ключей, зажимов для при-
соединения источника тока и измеряемого сопротивления гх
и других приспособлений, которые иногда требуются в связи
с особенностями каждой отдельной конструкции.
Сопротивления r0. 1\ и г2 представляют собой магазины
сопротивлений, за исключением линейных мостов, у кото-
рых вместо гх и г2 применен реохорд. В различных конст-
рукциях мостов эти магазины бывают либо штепсельными,
либо рычажными. На рис. 181 показан рычажный мост
с постоянным отношениехм плеч фирмы Сименс и Гальске.
239
В мостах с постоянным отношением плеч магазины rt и г2
имеют обычно ограниченное количество подразделений,
например 1, 10, 100 и 1 000 2, а магазин г0, служащий для
уравновешивания схемы, имеет более мелкие подразделе-
ния и большое суммарное сопротивление (например 100002).
Напряжение батареи, питающей мост, не должно превышать
такой величины, при которой нагрузка каждой катушки
составляет 1 W. Пределы измерения у мостов Витстона
Рис. 182. Схема штепсельного моста Витстона завода .Эле-
ктроприбор*.
определяются максимальным и минимальным значениями
отношения--и сопротивления г0. Однако, слишком боль-
на
шая разница в значениях сопротивлений четырех плеч моста
в условиях равновесия значительно понижает чувствитель-
ность моста (см. § 107) и увеличивает погрешности. Поэтому,
практически, пределы измерения с помощью моста Витстона
ограничиваются, обычно, величинами от 1 до 100000 2.
При измерении сопротивлений меньших одного ома
сказываются погрешности, вносимые переходными сопро-
тивлениями контактов. Для измерения сопротивлений в бо-
лее широких пределах применяются усложненные видоиз-
менения моста. Сопротивление проводников, при помощи
240
которых измеряемое сопротивление присоединяется к мосту,
входит в величину измеряемого сопротивления. При про-
изводстве измерений надо всегда включать сначала батат
рею, а затем гальванометр. Выключение следует производить
в обратном порядке. В противном случае, если плечи моста
обладают индуктивностью, гальванометр в момент вклю-
чения будет отклоняться даже при уравновешенном мосте,
вследствие экстратоков, возникающих при включении ба-
тареи. В отдельных случаях неправильный порядок вклю-
чения может даже повлечь повреждение гальванометра.
Рассмотрим конструкцию штепсельного моста Витстона,
изготовляемого заводом „Электроприбор" (рис. 182 и 183).
Рис. 183. Мост Витстона завода „Электроприбор*.
Зажимы-)-и — служат для присоединения батареи. Измеряе-
мое сопротивление присоединяется к зажимам П и 3.
В мосте имеется гальванометр, включаемый в схему при
постановке штепселя в гнездо ВГ. При положении штеп-
селя в гнезде ДС гальванометр оказывается включенным
последовательно с добавочным сопротивлением 5000 Q.
Можно пользоваться наружным гальванометром, для чего
его присоединяют, к зажимам НГ, а штепсель устанавли-
вают в гнездо НГ. Эта конструкция относится к числу
мостов с постоянным отношением плеч. Поэтойу сопроти-
вления г, и г2 выполнены в виде магазинов, состоящих
каждый из четырех катушек, имеющих сопротивления в 1,
10, 100 и 1000 2. Плбчо гр как входящее в числитель фор-
мулы (32), имеет надпись „умножить", пЛечо г2— надпись
„разделить". Сопротивление г0 состоит из магазина, кото-
рый позволяет получить любое целое значение сопротивле-
ний от 1 до 9999 2. Ключи Б и Г служат для включения
батареи и гальванометра.
16 Зак. 3924.—Электроизмерительная техника 241
Измерение производится следующим образом; гальва
нометр включается последовательно с добавочным сопро
тивлением (штепсель в гнезде ДС). В плечах „умножить"
и „разделить* штепсели ставятся в гнезда „100“. Затем,
путем кратковременных включений ключа Г при нажатом
ключе Б подбирают такое значение г0, при котором стрелка
гальванометра будет занимать почти нулевое положение.
Таким образом определяется порядок величины изме-
ряемого сопротивления. После этого производят точное
измерение. Для этого повышают чувствительность гальва-
нометра, переставив штепсель из гнезда ДС в гнездо ВГ,
и затем подбирают по прилагаемой к мосту таблице наи-
выгоднейшее соотношение плеч г\ и г2, устанавливая штеп-
сели в гнезда, указанные в таблице 9. После этого окон-
чательно подбирают величину сопротивления г0 так, чтобы
ТАБЛИЦА 9
Измеряемое сопротивление Q Наибольшее допускаемое напряжение батареи V Вставленный штепсель
умножить разделить
0—1 2 1 1000
1—10 2 1 1000
10-100 2 10 1000
100-1000 4 100 1000
1000—10000 4 1000 1000
10000-100000 10 1000 100
100000—1000000 10 1000 10
1000000—10000000 20—40 1000 1
мост оказался уравновешенным. Величину сопротивления го
умножают на величину, соответствующую положению штеп-
селя на плече „умножить", и делят на величину, соответ-
ствующую положению штепселя на плече „разделить".
Напряжение батареи, являющейся источником тока при
измерении, должно соответствовать указанному в той же
таблице для разных величин измеряемого сопротивления.
Пределы измерения этого моста: 0,001—10000000 2. Однако,
по причинам, указанным выше, этим мрстом можно изме-
рять с точностью до 0,5% сопротивления лишь от 1
до 100000 2.
§ 107. Чувствительность и погрешности моста Витстона.
Чувствительность моста определяется величиной такого
изменения сопротивления измеряемого плеча, которое вы-
зывает отклонение стрелки гальванометра на одно деление.
242
Чувствительность моста зависит от ряда причин. Прежде
всего должны быть обеспечены условия получения наиболь-
шей чувствительности самого гальванометра. Для этого
следует применять гальванометры с максимальной чувстви-
тельностью к напряжению (§ 51) и с небольшим внутрен-
ним сопротивлением. Наиболее благоприятные условия
работы гальванометра соответствуют случаю, когда его
внутреннее сопротивление
г — (ri + ^o)(/'2 + rJ
я >\-Y-r2-{-r04-rx
Чувствительность моста зависит также от соотношения
сопротивлений его плеч. Наиболее благоприятным случаем
является равенство сопротивлений плеч. При этом внутрен-
нее сопротивление гальванометра будет равно сопротивле-
нию любого из плеч моста. Однако, во многих случаях
выполнить это условие невозможно. В этих случаях
из ряда возможных соотношений плеч, при которых мост
окажется уравновешенным, следует избиратые, при которых
его чувствительность будет выше. Для рассмотренного
в § 106 моста завода „Электроприбор" таблица дает именно
такие значения сопротивлений плеч „умножить" и „разде-
лить". При работе с линейным мостом для получения наи-
большей чувствительности нужно, чтобы отношение— или
было близко к единице.
*2
Имеет также значение место расположения гальванометра
и батареи в той или другой диагонали. От перемены их
местами условие равновесия моста не будет нарушено,
однако, с точки зрения чувствительности, следует в тех
случаях, когда это возможно, присоединять гальванометр
к тем вершинам моста, в которых сходятся попарно два
наибольших и два наименьших из -сопротивлений’его плеч.
Наконец, чувствительность моста возрастает с увеличе-
нием силы протекающего в его плечах тока и, следова-
тельно, с повышением напряжения батареи. Однако, наиболь-
шая допустимая сила тока 'должна’ быть такова, чтобы
сопротивления плеч не изменялись от нагрева их током.
С помощью моста Витстона измерение сопротивлений
производится с большой точностью, причем точность изме-
рений не зависит от постоянства приложенного напряжения.
В лучших конструкциях мостов погрешность не превышает
0,05%. Погрешности мостов при условии достаточной чув-
ствительности гальванометра определяются точностью под-
16* 243
юнки сопротивлений плеч, причем в общем случае погреш-
ность не будет больше суммы погрешностей магазинов.
У линейного моста погрешности могут вызываться степенью
калиброванности и изношенности реохорда. Кроме того,
точность измерения с помощью линейного моста сильно
уменьшается, если отношение плеч у- неблизко к единице.
*2
Это видно из следующего примера. Пусть длина реохорда
равна 300 mm. Если движок находится на середине рео-
150 , „
хорда, отношение плеч равно-г=рг = 1. Допустив погреш-
юи
151
ность отсчета в 1 mm, получим = 1,013. Погрешность со-
ставляет 1,3%. При положений движка, соответствующем
290 оп
отношению плеч — 29, мы можем, допустив туже погреш-
291
ность в 1 mm, отсчитать= 32,33. Погрешность, полу-
ченная в этом случае, составляет уже свыше 11%.
§ 108. Применение моста Витстона для определения
мест повреждения в кабелях. При повреждении изоляции
кабеля весьма важно определить, где оно произошло, для
установления места, в котором кабель должен быть вскрыт.
Существует два способа применения моста Витстона для
этой цели: один из них носит название метода петли Муррея,
а другой — метода петли Варлея.
а) Метод п ет ли Му ррея . (рис. 184). Этот метод
состоит в следующем: удаленный конец жилы поврежден-
ного кабеля соединяется накоротко с обратным проводом
(вспомогательным или контрольным). Свободные концы
(начала) этих жил присоединяются к сопротивлениям г, и г.2>
образующим два плеча моста. Остальные два плеча обра-
зованы кабелем, причем одно из них, обозначенное гх, соот-
ветствует сопротивлению поврежденной жилы от места рас-
положения моста до места ее заземления, а второе, обозна-
ченное соответствует сумме сопротивлений остальной
части поврежденной Жилы и обратной жилы. В диагонали
моста между точками а и b включен гальванометр. В другую
диагональ между точками с и d включена батарея, соеди-
няющая эти точки через землю. Вследствие того, что при
малых сопротивлениях до места повреждения в плечах моста
могут протекать слишком большие токи, последовательно
с батареей обычно включают предохранительное сопроти-
вление.
244
Уравновесив мост путем подбора соответствующих вели-
чин сопротивлений и г2, можем написать:
ГУ
Если поврежденная и вспомогательная жилы имеют оди-
наковые сечения и изготовлены из одного материала, то
сопротивления отдельных участков этих жил пропорцио-
нальны их длине. Обозначив длину всей петли(обеих жил)
Рис. 184. Схема петли Муррея для отыскания места повреждения кабеля.
через /, а расстояние от моста до места повреждения через 1Х,
получим из предыдущего:
откуда
4 /1
I lx r3
Зная /, можем вычислить 1Х.
Если вспомогательная жила по сечению или материалу
не тождественна поврежденной, то следует при расчете
вводить длину эквивалентного ей по сопротивлению провода
того же сечения и материала, как у поврежденной .жилы.
Этот метод, как и описанный далее метод петли Варлея,
неприменим в тех случаях, когда жилы кабеля имеют раз-
ные сечения по длине, так как в этом случае не имеет
места прямая пропорциональная зависимость сопротивления
жилы от длины.
245
б) Метод петли Варлея. Этот метод применяется
преимущественно в линиях слабого тока и отличается от
предыдущего лишь тем, что последовательно с петлей
(между точкой а и началом поврежденной жилы) включается
сопротивление г3 (рис. 185). Уравновесив мост, можем на-
писать:
= =
г, Гг
где т — отношение плеч.
Рис. 185. Схема петли Варлея.
Если обозначить полное сопротивление всей петли через
г, то:
f = Г — г .
У г х*
Уравнение равновесия примет следующий вид:
откуда
mr~i\
f -------з
т +1 ’
В случае равных сечений и однородности материала
обеих жил кабеля можем заменить сопротивления участков
их длинами, тогда:
, ml — г.
246
В случае разных сечений или материала следует посту-
пить так же, как это было указано при рассмотрении ме-
тода петли Муррея.-
§ 109. Двойной мост Томсона. Как было указано выше,
при измерении малых сопротивлений мостом Витстона резуль-
таты сильно искажаются переходными сопротивлениями
в местах присоединения плеч моста.
Для измерения очень вдалых сопротивлений служит двой-
ной мост Томсона, в котором эти переходные сопротивления
не оказывают влияния на измерение.
Мост состоит из шести сопротивлений (включенных так,
как это показано на рис. 186), одно из которых гх — изме-
ряемое. Сопротивления подбирают так, чтобы всегда соблю-
далось условие’
(33)
Подбирая отношение плеч п и величину сопротивления
г0, добиваются отсутствия тока в цепи гальванометра G.
247
В этом случае справедливы равенства:
/2Г2=4Гх+4>2'-
Но так как /\ — гйп и г/ = г%п, ‘’го:
/1/гг2 = /0г04-/1'г2'/д
4/2 = hrx + 2г2'
Умножая второе уравнение на п и вычитая из него пер-
вое, получим:
nr2 (12 — Л) = 1ЯПГХ — /ого 4- пг2' (72' — //). (34)
Рис. 187. Двойной мост Толсона фирмы Си-
менс и Гальске.
Однако при равновесии, когда в цепи гальванометра нет
тока:
Л = ^2» 4с = 4)> ^2 ~ Л •
Поэтому уравнение (35) обращается в
Q = Iorxn — Ioro,
отсюда
Таким образом, если известно отношение плеч моста,
то искомое сопротивление легко находится путем разделе-
ния сопротивления г0 на отношение плеч. Конструктивно
мост Томсона выполняется обычно так, чтобы условие (33)
248
всегда соблюдалось. Для этого прибегают к рычажным
магазинам сопротивления, связывая вместе ручки двух мага-
зинов таким образом, чтобы при изменении одновременно
изменялось и г/. На рис. 187 показан подобный мост в изго-
товлении фирмы Сименс и Гальске. На рис. 188 показана
конструкция ОЛИЗа завода „Электроприбор", в которой
путем переключения можно получить также схему моста
Витстона. Это дает возможность расширить пределы изме-
рения моста, охватывая сопротивления от 0.0001S до 1 MS.
В качестве сопротивлений г0 применяют образцовые
сопротивления (см. § 78), подбирая их так, чтобы г0 было
Рис. 188. Комбинированный мосг Томсона-Вит-
стона ОЛИЗа завода .Электроприбор".
близко к гх. Так как в этом случае г0 постоянно по вели-
чине, то равновесие достигается изменением отношения
плеч.
Для повышения чувствительности моста желательно
через г0 и гх пропускать, по возможности, большой ток.
§ ПО. Компенсационный адетод измерения сопротивле-
ний. Компенсационный метод измерения сопротивлений
принадлежит к числу наиболее чувствительных и точных.
Чувствительность этого метода не уступает чувствитель-
ности мостовых методов, а точность может достигать не-
скольких сотых долей процента. Измерение производится
при помощи потенциометра по схеме, изображенной на
рис. 189. Ввиду того, что потенциометры и их схемы
подробно разобраны в гл. VI, на рисунке для упрощения
внутренняя схема потенциометра не приведена. Зажимы
обозначены следующим образом:
249
U — источник тока для питания потенциометра,
En — зажимы для присоединения нормального элемента,
G — зажимы для присоединения гальванометра,
Е„— зажимы для присоединения измеряемого сопроти-
вления.
Сущность метода состоит в измерении разности потен-
циалов на зажимах неизвестного сопротивления гх и образ-
Рис. 189. Измерение сопротивлений с помощью
потенциометра.
цового сопротивления Го- Если оба измерения производились
при одной и той же силе тока, то разности потенциалов
должны быть пропорциональны,величинам сопротивлений.
Для измерения сопротивления гх соединяют его последо-
вательно с близким к нему по величине образцовым сопро-
тивлением г0 и с источником тока U2, после чего, с помощью
переключателя К, измеряют разность потенциалов сначала
на зажимах гх, а затем на зажимах г0.
Весьма важно, чтобы при обоих измерениях сила тока /2
в цепи этих сопротивлений не изменялась. Для соблюдения
этого необходимого условия рекомендуется произвести
эти измерения повторно, а при получении разных резуль-
2^0
татов отсчета — даже несколько раз. Полученные в резуль-
тате измерений значения разности потенциалов можно вы
разить так:
Ux = ljx
^0 ==
Разделив эти равенства почленно, получим:
Ц) го
откуда
rx = r0^f. (35)
Пользуясь'уравнением (35), вычисляют измеряемое сопро-
тивление. Из последнего уравнения видно, что абсолютные
Рис. 190. Измерение сопротивлений с помощью
потенциометра.
значения показаний потенциометра не имеют значения, так
как для вычисления необходимо знать лишь отношение
этих показаний.Благодаря этому нет необходимости задавать
для рабочего тока потенциометра 1Х строго определенное
251
значение, как это обычно требуется при измерениях компен-
сационным методом (см. § 88). Необходимо лишь, чтобы
при обоих измерениях сила рабочего тока оставалась неиз-
менной. При этом отпадает также необходимость пользова-
ния нормальным элементом, и зажимы EN освобождаются,
а так как некоторые конструкции потенциометров снабжены
внутренним переключателем, допускающим присоединение
к схеме потенциометра поочередно Ея или Ех, то обе эти
пары зажимов могут быть использованы для присоединения
гх и г0, и измерение будет производиться по более простой
схеме с помощью внутреннего переключателя (рис. 190).
Ввиду того, что потенциометром без помощи делителя
напряжения можно измерять разйость потенциалов, не пре-
вышающую 1,1—1,8 V, необходимо регулировать Ux и Uo
так, чтобы их величина не была больше пределов измере-
ния потенциометра. Одним из способов регулировки является
трехконтактный реостат, включенный так, как это показано
на рис. 190.
ДРУГИЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЙ
§ 111. Метод замещения. Этот метод состоит в сравне-
нии измеряемого сопротивления с образцовым и осущест-
вляется либо путем сравнения отклонений гальванометра,
либо путем сравнения падения напряжения на измеряемом
и образцовом сопротивлениях.
В первом случае измерение производится по схеме
рис. 191. Здесь измеряемое сопротивление гх и образцовое г0
поочередно включаются в цепь источника тока U последо-
вательно с гальванометром.
Если при включении гх отклонение гальванометра равно
ах, а при включении г0—а0 и соответствующие токи равны
1Х и /0, то:
Zp ао
1Х
Пренебрегая малым внутренним сопротивлением батареи,
можем выразить падения напряжения в обоих случаях сле-
дующим образом:
^о = /о(''о + гЛ
где г, — сопротивление гальванометра.
252
Если напряжение источника тока при обоих измерениях
остается неизменным, то
их=и0
4 = 4(^0 -НЛ
Решая это уравнение относительно гд, получим
G = 7 (Л> + U — G = г <го+—Гд- (36)
*х
Измерение значительно упрощается, если в качестве
образцового сопротивления взят магазин, допускающий под-
бор такого сопротивления, чтобы отклонения гальванометра
и а0 были равны. В этом случае rx = rQ.
Рис. 191. Измерение сопротивлений методом
сравнения токов.
Измерение по этой схеме требует постоянства напряже-
ния источника тока. Для большей точности измерения надо,
чтобы сопротивление гальванометра было малым по сравне-
нию с измеряемым сопротивлением гх, в связи с чем эта
схема применима преимущественно для измерения больших
сопротивлений порядка 10000 2 и выше. Если сопротивление
гальванометра настолько мало, что им можно пренебречь,
то формула (36) упрощается:
Измерение сопротивлений путем сравнения падений
«напряжения производится по схеме рис. 192. Здесь изме-
ряемое сопротивление гх и образцовое г0 включены после-
довательно в цепь источника тока U. Вольтметром V
с помощью переключателя К измеряется поочередно паде-
ние напряжения на зажимах этих сопротивлений. Применяя
253
вольтметр с большим внутренним сопротивлением и прене-
брегая ответвляющимся в него током, мы можем выразить
падения напряжений так:
4 = 4^
Ц) = оЛ)
Разделив первое равенство на второе, получим:
1хгх
М) 4го
а так как
4-4
Рис. 192. Измерение сопротивлений методом
сравнения падений напряжения.
ТО
Ц) го
откуда
4
—Л)77 •
ио
Точность измерения повышается, если величины сопро-
тивлений гх и г0 близки. Этот способ применим для изме-
рения малых и средних сопротивлений. Как и в рассмотрен-
ной выше схеме (сравнение отклонений), от источника тока
требуется постоянство напряжения.
§ 112. Метод диференциального гальванометра. Как
известно, принцип действия- диференциального гальвано-
метра состоит в том, что токи, протекающие в двух его
обмотках, создают вращающие моменты, направленные
254
Рис. 193. Измерение больших сопро-
тивлений с помощью диференциаль-
ного гальванометра.
в противоположные стороны, и-результирующий момент,
вызывающий отклонение подвижной части, определяется
разностью этих токов. Основное требование, предъявляемое
к диференциальному гальванометру, используемому для
измерения сопротивлений, состоит в том, что при равенстве
токов в его обмотках подвижная часть должна занимать
нулевое положение. В случае, если гальванометр этому тре-
бованию не удовлетворяет, следует до включения его в схему
зашунтировать ту из его обмоток, вращающий момент кото-
рой больше,* сопротивле-
нием такой величины, что-
бы обе обмотки, под влия-
нием равных токов, созда-
вали равные вращающие
моменты.
Существует несколько
схем для измерения, сопро-
тивлений с помощью дифе-
ренциального гальваномет-
ра. Одна из них изображена
на рис. 193.
Измеряемое сопротивле-
ние гх и образцовое сопро-
тивление г0 включены по-
следовательно в цепь источ-
ника тока. К зажимам из-
меряемого сопротивления
присоединены магазин со-
противлений гх и последо-
вательно с ним одна из об-
моток гальванометра г'.
К зажимам образцового со-
противления г0 присоеди-
нены магазин сопротивле-
ний г2 и последовательно с ним вторая обмотка гальвано-
метра г". Таким образом, между зажимами каждого из со-
противлений гт и г0 общий ток I разветвляется в одном
случае (г,) на 1Х и Д, а в другом случае (г0) на /0 и /2.
Нулевое положение гальванометра соответствует равен-
ству токов в обмотках.
Методика измерения состоит в следующем: сначала под-
бором сопротивлений г, и г2 уравнивают1 токи:
Д = 4-
Из этого следует, что равны также токи:
4 = 4
255
Падения напряжений на зажимах гх и г0 обозначим через
Ux и Uo.
Тогда
^ = 7^ = 7,^+/)
£70 = 70r0 = 72(r24-r").
Разделив первое уравнение на второе и сократив равные
токи, получим
Го r2-j-r"'
Теперь увеличим сопротивления обоих магазинов на вели-
чины А/*! и Дг2 так, чтобы токи в обмотках гальванометра
снова были равны. Тогда получим аналогично (37):
г* = >\+jL4-д/~1
Го ''2 + г" + Дг2’
(38)
Сопоставляя уравнения (37) и (38), можем написать:
Го ^2’
откуда
Дг1
х ~ Г° Ьг2
По этой формуле вычисляют измеряемое сопротивление.
Из рассмотрения формулы следует, что сопротивления обмо-
ток гальванометров не влияют на результат. Кроме того,
для измерения не требуется постоянства* напряжения.
Для устранения влияния сопротивлений контактов при-
бора на результаты измерений необходимо при производ-
стве измерений по этой схеме применять диференциальные
гальванометры с большим сопротивлением обмоток.
Рассмотренная схема применяется для измерения больших
сопротивлений. При измерении малых сопротивлений при-
меняется смеха, изображенная на рис. 194.
Сначала для поверки гальванометра эта схема собирается
без измеряемого сопротивления гх и образцового г0. Если
подвижная часть гальванометра занимает при этом нулевое
положение, то можно приступать к производству измерения.
Если же подвижная часть гальванометра отклоняется, сле-
дует ввести последовательно с одной из катушек добавоч-
ное сопротивление ли подобрать его величину так, чтобы
подвижная часть гальванометра заняла нулевое положение.
В этом случае будет иметь место равенство сопротивлений:
г' -j- г = г".
256
Затем в схему вводятся сопротивления гх и г0, после
чего подбором соответствующей величины г0 снова при-
водят подвижную часть гальванометра в нулевое положение.
Тогда
гх = г0.
Эта схема применяется для измерения малых сопроти-
влений, причем для повышения ее чувствительности следует
применять гальванометры с малым сопротихлением обмоток.
Г
Рис. 191. Измерение малых сопротивлений с по-
мощью Диференциального гальванометра.
§ 113. Измерение больших сопротивлений (изоляции).
Для измерения больших сопротивлений порядка нескольку
мегомов или десятков мегомов, встречающихся при иссле-
довании изолирующих материалов, применяются схемы
с использованием высокочувствительных зеркальных галь-
ванометров. Одна из таких схем изображена на рис. 195.
Здесь G — зеркальный гальванометр, обмотка которого
обладает высоким сопротивлением, 5 — универсальный шунт
к нему, U—источник напряжения, V—вольтметр, изме-
ряющий напряжение на зажимах источника,. К—выключа-
тель, гх и г0—измеряемое и образцовое сопротивления.
Образцовое сопротивление должно быть взято большим
и, во всяком случае, не должно быть менее 100000 2.
С помощью переключателя измеряемое сопротивление
г.х и. образцовое г0 могут поочередно включаться в цепь
17 Зак. 3024 -^Электроизмерительная техника. 257
последовательно с. источником напряжения и гальвано-
метром.
Если при неизменном напряжении Ut не меняя значения
шунта S, замкнуть цепь сначала на сопротивление г0, а затем
на сопротивление гх9 то углы отклонения гальванометра
будут равны соответственно <г0 и аж. Обозначим токи, соот-
ветствующие этим углам отклонения, через /0 и 4.
Пренебрегая сопротивлениями гальванометра и источ-
ника тока, так как они достаточно малы по сравнению с гх и г0,
Рис. 195. Схема для измерения сопротивления изо-
ляционных материалов.
можем считать токи обратно пропорциональными сопроти-
влениям:
4 а/
откуда
Гк %
Необходимость применения универсального шунта вызы-
вается следующими причинами. Измеряемое сопротивление,
обычно равное нескольким мегомам или десяткам мегомов,
значительно превышает величину образцового сопротивле-
ния г0. Вледствие этого, ток /0 может в несколько сот раз
258
превышать ток 1Х. Поскольку оба эти тока поступаю! в цепь
гальванометра, необходимо иметь возможность изменять
чувствительность гальванометра в зависимости от порядка
измеряемой силы тока, что достигается применением уни-
версального шунта.
Этот шунт' включается в схему так, что гальванометр
оказывается все время замкнутым на полное сопротивление
шунта (рис. 195). Цепь измеряемого тока присоединяется
к отводам шунта, который благодаря этому оказывается
включенным в эту цепь лишь частично. Вследствие этого,
в гальванометр ответвляется часть измеряемого тока, зави-
сящая от того, какое положение занимает переключатель
шунта. Шунт обычно рассчитывается так, чтобы каждому
положению переключателя соответствовало изменение чув-
ствительности гальванометра, кратное 10. Показания гальва-
нометра должны умножаться на некоторый коэфициент, вели-
чина которого зависит от положения переключателя. Этот
коэфициент называется коэфициентом шунтирования.
В общем случае измерения могут производиться при
разных .напряжениях и шунтах.
Пусть при включении образцового сопротивления г0 на-
пряжение будет Uo, сила тока /0, коэфициент шунтирова-
ния k0 и угол отклонения гальванометра а0. Пусть при
включении сопротивления^ эти величины имеют значения:
Ц., и <хх. В этом случае можем написать:
Ц) = А) Л)
£/ж = гх.
Разделив одно уравнение на другое, получим:
Ux__Ixrx
/ого
НО , ,
1Г kx Хх
А) &0 «О
следовательно, .. ,
их__кх лх' X
Uо МоЛ)’
' х 'О и Z, •
и0 кх %х
При сборке схемы для производства измерений необхо-
димо принимать ряд предосторожностей, исключающих
погрешности, вызываемые случайными ответвлениями токов.
Для этого все элементы схемы изолируют, устанавливая их
на парафийовых подставках с хорошо очищенной по-
17* 259
верхностыо или на фарфоровых или эбонитовыхвщзоляторах.
Для предотвращения поверхностной утечки эти изоляторы
делают достаточно высокими. Соединительные провода
необходимо вести в воздухе. При несоблюдении этих пре-
досторожностей токи могут ответвляться, образуя побочные
цепи, так как сопротивления этих цепей (например поверх-
ности стола и т. п.) могут иметь величину того же порядка,
как и измеряемое или образцовое сопротивления.
При измерениях сопротивления изолирующих материалов
образцы, имеющие форму пластин, зажимаются между эле-
ктродами специального зажимного приспособления (рис. 196).
Рис. 196. Зажимное приспособление для изоля-
ционных ма.ериалов.
Для обеспечения лучшего контакта между испытуемой
пластиной и электродами прокладываются листы станиоля.
Величина сопротивления определяется силой тока, проте-
кающего сквозь испытуемую пластину от одного электрода
к другому. Однако, ток между электродами может про-
текать также по поверхности пластины (на рисунке показан
пунктирными стрелками). Благодаря этому отклонение
гальванометра будет вызываться суммарным током, и
результаты измерения будут неверны. Во избежание этого
один из электродов окружают охранным кольцом, изоли-
рованным от электрода воздушным промежутком. Охран-
ное кольцо соединяется в зависимости от схемы непосред-
ственно или через землю с одним из по'люсов батареи
так, чтобы поверхностные токи замыкались, не попадая
в цепь гальванометра.
С помощью подобных схем можно определять объемное
сопротивление, отнесенное к 1 cm3 материала и поверхностное
сопротивление, отнесенное к 1 ст2 поверхности материала.
260
Если обозначить через гх сопротивление пластины, изме-
ренное с помощью приспособления, изображенного на
рис. 196, то объемное сопротивление может быть вычислено
на основании следующих соображений.
Так как толщина пластины I, то сопротивление пластины
в 1 ст толщиной будет в I раз меньше. Сечение пластины,
соответствующее площади меньшего электрода, имеющего
т.(р
диаметр d, равно Обозначим его через S. Пластина,
имеющая сечение 1 ст2, будет ' обладать сопротивлением
в 5 раз большим. Следовательно, сопротивление пластины
толщиной в 1cm и сечением в 1 ст2 будет равно:
Для сравнения изолирующих свойств различных мате-
риалов необходимо либо производить измерения при одной
и той же температуре, либо приводить результаты изме-
рений, произведенных при разных температурах, к одной,
для чего существуют специальные таблицы.
Насколько важно учитывать влияние температуры на
величину сопротивления изоляции, можно виде,ть из сле-
дующих примеров. Если принять проводимость прессшпана
при 2(ГСза единицу, то при температуре 30° С она составит 4,
при 40°—13, при 50° — 36. Сопротивление изоляции кабеля
при температуре 20° примерно в пять раз больше, чем при '
температуре 25°.
Сильно влияет на результаты измерения влажность воз-
духа и особенно самого изолирующего материала. Поверх-
ностное сопротивление фарфора- при влажности воздуха 10%
приблизительно в 30 раз больше, чем при влажности в 60%.
« Весьма рекомендуется до производства измерений про-
вярять изоляцию измерительной установки.
Пользуясь тем же методом, можно измерять сопротивле-
ние изоляции кабелей. На рис. 197 изображена, одна из при-
меняющихся в этом случае Ч:хем.
Здесь а обозначает жилу измеряемого кабеля, b—его
изолирующий слой, с — его оболочку. Охранное, кольцо А
одето на изоляцию кабеля и отводит в батарею поверхно-
стные токи /, текущие по поверхности изоляции, не допу-
ская их в цепь гальванометра. Ток /, соединяющий обо-
лочку и жилу кабеля и проходящий сквозь изоляцию кабеля,
поступает в цепь гальваноие:ра. Защитное сопротивление г
предохраняет гальванометр от повреждений, возможных
261
в случае короткого замыкания в кабеле. Ключ К служит
для предохранения гальванометра от экстратоков замыкания
и размыкания. Включение и выключение тока следует про-
изводить при замкнутом ключе К..
Методика измерения с помощью этой схемы аналогична
описанной выше и не требует пояснений.
Рис. 197. Схема измерения сопротивления изоляции кабеля.
ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОВТОРЕНИЯ И ЗАДАЧИ
1. Составьте схему для измерения методом амперметра
и вольтметра сопротивления амперметра на 0,5 А.
2. Требуется измерить сопротивление, приблизительная ве-
личина которого 5 000 Q. Имеются: миллиамперметр на
30 mA, сопротивлением 1,5 Q и вольтметр на 150 V, со-*
противлением 30 000 Q. Какую из схем рис. 162 следует
ьь'Огать?
3. Почему На показания омметра (рис. 169) не влияет на-
пряжение?
4. Каким способом и при помощи чего производится установка
на нуль в омметре рис. 171?
5. Как устанавливается нормальная скорость рукоятки ин~
дуктора в испытателе изоляции типа МНИ (рис. 174)?
6. Нужно ли поддерживать постоянную скорость индуктора
в мегомметре типа МОМ (рис. J76)? Почему?
7. Можно ли поменять местами гальванометр и источник
тока в схеме моста Витстона?
8. К каким зажимам моста (рис. 181) следует присое динить
внешнюю схему, чтобы можно было воспользоваться только
гальванометром? А если нужно воспользоваться мостом
в качестве магазина сопротивлений?
ГЛАВА VIII
ИЗМЕРЕНИЕ ЕМКОСТИ, ИНДУКТИВНОСТИ И ВЗАИМНОЙ
ИНДУКТИВНОСТИ
ИЗМЕРЕНИЕ ЕМКОСТИ
§ 114. Измерение емкости приборами с непосредствен-
ным отсчетом. Для измерения емкости применяются как
приборы с непосредственным отсчетом—микрофарадметры,
так и мостовые схемы переменного тока, где измерение
осуществляется нулевым методом, обеспечивающим необ-
ходимую точность измерений. Измерение емкости можно
произвести и на постоянном токе методом сравнения с
емкостью образцового конденсатора, измеряя количество
электричества на обкладках конденсаторов при помощи
баллистического гальванометра (см- § 125). Приборы с не-
посредственным отсчетом основаны на применении лого-
метров (см. § 100), при помощи которых осуществляется
сравнение измеряемой емкости „ известной емкостью
образцового конденсатора, или с известным активным сопро-
тивлением, помещенными внутри корпуса прибора. Чаще
всего применяются электродинамические, индукционные и
электромагнитные логометры. На рис. 198 показан схема-
тический разрез электромагнитного логометра ОЛИЗа за-
вода „Электроприбор".
На оси О укреплены два подвижных сердечника а и Ь,
втягивающиеся 'в катушки А и В. Катушки и сердечники
расположены таким образом, что втягивание сердечников
происходит в разных направлениях. Одна из катушек со-
здает вращающий момент, а другая—противодействующий.
Пружин в приборе нет. Если через катушки пропустить
ток, то, под действием вращающей катушки, подвижная
часть будет отклоняться почасовой стрелке.При этом сер-
дечник а вращающей катушки А будет втягиваться внутрь
щели катушки, тогда как сердечник Ь, несмотря на втяги-
вающее действие катушки В, будет выходить из нее. Вслед-
ствие этого, при неизменных токах вращающий момент,- по
мере втягивания сердечника а, будет уменьшаться, а про-
263
тиводействующий момент будёт расти, так как сердеч-
ник Ь, при отклонении подвижной части, будет выходить
из щели катушки В. В некотором положении сердечников
вращающий момент окажется равным противодействую-
щему, наступит равновесие, и подвижная часть остановится.
Это положение- подвижной части соответствует некото-
Рис. 198. Схематический вид
логометра электромагнитной
системы .ОЛИЗа завода „Элек-
троприбор”.
рому соотношению между тока-
ми 1а и 1Ь. Если теперь один из
токов, например изменится,
то нарушится равенство момен-
тов, и подвижная часть откло-
нится так, чтобы снова наступило
равновесие. При одновременном
увеличении обоих токов подвиж-
ная часть не изменит своего по-
ложения, так как возрастание
вращающего момента будет со-
провождаться одинаковым уве-
личением противодействующего
момента, и равенство моментов
останется неизменным.
Таким образом, показания по-
добного прибора зависят только
л
от отношения токов ~ , абсо-
‘ъ
лютная же величина токов не
оказывает влияния на показания.
Подобный логометр использован
для измерения емкости и являет-'
ся основной частью микрофарад-
метра ОЛИЗа завода „Электро-
прибор". На рис. 199 показана
схема внутренних соединений ми-
крофарадметра. Катушка А при-
соединена к зажимам Uисточника
тока через добавочное сопроти-
вление и измеряемую емкость Сх.
Катушка В через сопротивление/-.
и конденсатор С, присоединена к зажимам того же напряже-
ния U. В зависимости от величины емкости Сх, изменяется
ток [а в катушке А; вследствие этого изменяется отноше-
ние токов-у-, так как /, остается неизменным. Следова-
4
тельно, шкалу такого прибора можно градуировать непо-
средственно в единицах емкости—микрофарадах.
264
Рис. 199. Схема микрофарадметра
ОЛИ31 завода .Электроприбор*.
Изменение напряжения U не влияет на показания при-
бора, так как при этом в одинаковой степени изменяются
оба тока /„ и /Л, а их отноше-
ние остается неизменным. Опыт
показывает, что изменение на-
пряжения от 50 до 450 V вы-
зывает погрешность, не пре-
восходящую 0,3% от полного
отклонения.
Для уменьшения влияния
изменения частоты вспомога-
тельного напряжения преду-
смотрен образцовый конденса-
тор Со, благодаря котором у,‘
при изменении частоты, почти
в одинаковой степени изменя-
ются оба тока при неизменном
их отношении. Добавочное со-
противление предохраняет ка-
тушку А от 'чрезмерных то-
ков, которые могут возникнуть
при измерении емкости кон-
денсаторов с поврежденным
диэлектриком. Изготовляемые
завЬдом „Электроприбор" микрофарадметры имеют два
предела измерения и рассчитаны для измерения емкости
в пределах от 0,02 pF до 4u.F. На
--------------------• рис. 200 показан внешний вид ми-
крофарадметра.
§ 115. Мостовые методы изме-
рений на переменном токе. Мосто-
вые методы измерений, рассмотрен-
ные выше в §§ 104—109, применя-
ются также и для измерений на пе-
ременном токе, в частности для из-
мерения емкости, индуктивности и
взаимной индуктивности. Будучи
основаны на том же принципе, что
и мосты постоянного тока, мосты
переменного тока имеют ряд осо-
бенностей, сущность которых, в
основном, состоит в следующем:
равновесие моста наступает при
соблюдении двух условий. Первое
из них, аналогичное выведенному в предыдущей главе, по-
лучается из уравнения (31) после замены активных сопро-
265
Ь
тивлений полными сопротивлениями.
ZXZ^Z^ZV (38)
Таким образом, первым условием равновесия является
равенство произведений полных сопротивлений противо-
положных плеч.
Второе 'условие вытекает из следующих соображений.
Для того, чтобы в цепи нулевого прибора отсутствовал
ток, необходимо, чтобы в любой момент времени потенциалы
тех вершин моста, между которыми включен нулевой при-
бор, были равны. Поскольку мост питается переменным током,
потенциалы этих точек непре-
рывно изменяются. Мгновен-
ные значения потенциалов мо-
гут быть равны лишь в том
случае, если падения напряже-
ния в плечах моста ab и ad
(также Ьс и de) (рис. 201) со-
впадают не только по величи-
не, но и по фазе. В этом и
состоит второе условие равно-
весия мостов переменного
тока.
Источниками питания в мо-
стах переменного тока сложат
генераторы, к которым предъ-
является требование сохране-
ния постоянства частоты и на-
пряжения, а также получения
возможно чистой синусоиды
даваемого напряжения. Изме-
[ри разных частотах, а имен-
>бычно порядка 15 —100 Hz,
при средних (звуковых или тональных) частотах, обычно
порядка 200—2 000 Hz и при высоких (радио)- частотах — до-
рядка 10s—ю6 Hz и выше. В качестве нулевых приборов в мо-
стах переменного тока применяются при низких частотах
вибрационные гальванометры (см. § 57). При средних час-
тотах применяется либо телефон, с помощью которого на-
слух устанавливают наличие тока и приводят мост в рав-
новесие, добиваясь отсутствия звука в телефоне, либо
специальные вибрационные гальванометры. Наконец, при
высоких частотах пользуются гальванометрами постоянного
тока с выпрямителями или термогальванометрами (см. § 59).
Отдельные элементы мостов, переменного тока должны
удовлетворять специальным требованиям- Так, например,
266
рения могут производиться
но: при низких частотах,
магазины, служащие плечами моста, должны представлять
собой по возможности активные сопротивления и не дол-
жны обладать индуктивностью и междувитковыми емко-
стями. Во многих конструкциях применяется защита эле-
ментов схемы от электромагнитных и электростатических
влияний, путем экранирования, путем симметричного рас-
положения отдельных элементов и т. д.
§ 116. Измерение емкости мостовыми методами. Для из-
мерения емкости в одно из плеч моста (рис. 201) вводят
измеряемую емкость (конденсатор) Q, в другое плечо—
образцовый конденсатор Со. Остальные два плеча предста-
вляют собой активные сопротивления и г2. Этот мост
носит название моста Соти. Сопротивления отдельных плеч
этого моста можно приближенно считать либо чисто
активными, либо чисто емкостными. Поэтому полный сопро-
тивления плеч выразятся так:
_ 1
“С,
Zdc =
Здесь ® = 2я/, а /—частота переменного тока ц герцах.
Из уравнения (38) следует:
%аЪ ’ % de % ad * %Ъс*
Подставляя значения этих сопротивлений, получаем:
.... г,
^Сх
Откуда, после сокращения на «, получаем окончательно:
(39)
ri
По этой формуле вычисляется Сх после приведения
лоста в равновесие. В рассматриваемой схеме моста второе
условие равновесия очевидно имеет место, так как плечи
ab и ad представляют собой чисто емкостные сопротивления.
Уравновешивание моста может быть произведено двумя
способами. В первом из них в качестве Со берется образ-
цовый конденсатор постоянной емкости и равновесие дости-
гается подбором сопротивлений и г2. Во втором случае
в качестве Со берется конденсатор переменной емкости,
максимальная емкость которого должна быть больше, чем
267
Сх. Сопротивления rt и га должны быть равны. Равновесие
достигается подбором емкости Со. Такой метод весьма
упрощает измерение.
При производстве измерений могут иметь место допол-
нительные неучтенные погрешности вследствие побочных
емкостей между отдельными элементами схемы. Для исклю-
чения этих погрешностей и для увеличения чувствитель-
ности моста следует избегать длинных соединительных
проводов, между элементами схемы, отношение — надо
Г2
брать близким к единице, измерение рекомендуется по-
вторить, поменяв местами Сх и Со и взяв среднее арифмети-
ческое обоих измерений. При этих условиях можно измерять
емкости'до 0,С01 jiF.
§ 117. Потери в конденсаторах и методы компенсации
их при мостовых измерениях. При рассмотрении предыду-
щей схемы мы исходили из предположения, что измеряемый
конденсатор Сх обладает чисто емкостным сопротивлением.
В действительности всякий конденсатор с твердым диэлек-
триком обладает, наряду с емкостным, еще и активным
сопротивлением, вследствие чего в нем расходуется неко-
торая мощность. Потери в конденсаторах обусловливаются,
главным образом, проводимостью диэлектрика и неоднород-
ностью его строения.
Как’известно из теории переменных токов, угол сдвига
фаз между напряжением, приложенным к зажимам конден-
сатора, и током в конденсаторе при отсутствии потерь, со-
ставляет 90°. Тот же угол сдвига в чисто активном сопротив-
лении составляет 0°. Если конденсатор, наряду с емкостным,
обладает также и активным сопротивлением, то угол сдвига
фаз будет больше 0° и меньше 90°. При преобладании
в полном сопротивлении активной составляющей этот угол
будет ближе к 0°. При преобладании емкостной составляю-
щей он будет ближе к 90°. Отсюда следует, что по степени
приближения действительного угла сдвига фаз к 90° можно
судить о потерях, которыми обладает конденсатор, а также
о качестве диэлектрика. Если обозначить действительный
угол сдвига фаз через ©, то величина —0 = 90° — <р может
служить для оценки потерь в конденсаторе. Поэтому угол — 0
получил название у гл а потерь. Измерение этой величины
во многих случаях имеет весьма важное значение.
Оценивая с этой точки зрения схему моста Соти, мы
видим, что для измерения емкостей конденсаторов, обла-
дающих потерями, она непригодна, так как напряжения
и токи в плечах ab и ad будут.сдвинуты по фазе на раз-
ные углы (®oi=90° и <р,= 90°— 0) и уравновесить мост«не
268
удастся вследствие невыполнения второго условия равно-
весия.
Для компенсации влияния угла потерь на сдвиг фаз необ-
ходимо ввести в плечо ad активное сопротивление ги,
компенсирующее активную составляющую плеча ab. Это
сопротивление -может быть введено в плечо ad последова-
тельно или -параллельно с емкостью Со. Существует мно-
жество схем мостов, допускающих измерение емкости
позволяющих I
одну из них,
конденсаторов с потерями и
оценку этих потерь. Рассмотрим
название схемы моста Вина
(рис. 202). Здесь гх обозначает
активное сопротивление изме-
ряемого конденсатора Сх. Для
наглядности оно изображено
в виде сопротивления, вклю-
ченного в плечо ab последо-
вательно с конденсатором Сх.
Переменное 'сопротивление г0
включено в плечо ad после-
довательно с образцовым кон-
денсатором Со для компенса-
ции составляющей гх. Осталь-
ные обозначения те же, что
и на схеме рис. 201.
Уравновешивание моста

произвести
, носящую
С
Рис. 202. Схема моста Вина.
производится следующим об-
разом. При сопротивлении го=0
изменением емкости Со или
отношения
гл
г\
надо получить минимальное возможное откло-
нение гальванометра, или минимальней звук в телефоне.
После этого, постепенно вводя сопротивление г0, надо до-
биться дальнейшего уменьшения отклонения гальванометра,
что будет получено при некотором определенном значе-
нии г0. ЗаТем, повторным изменением — и Со надо полу-
чить полное отсутствие отклонения гальванометра. Все
это надо совершать лри пониженной чувствительности
гальванометра, для чего в его цепь вводится последова-
тельно с ним защитное сопротивление (на рис. 202 не пока-
зано). По достижении равновесия защитное сопротивление
выводится, и равновесие моста проверяется при полной
чувствительности гальванометра.
Рассмотрим, как будут выражены условия равновесия
269
для моста Вина. Для этого определим значения полных
сопротивлений плеч моста:
Согласно первому условию равновесия, произведения
противоположных плеч должны быть равны
%аЪ * %dc % ad *
поэтому при равновесии:
По приведении обоих подкоренных выражений к общему
знаменателю, получим:
ш2СЛгЛ+1 _ / «>*С2/о2+1
(В2 С/ 1 |/ (О2 С2
Вынесем знаменатели из-под знака корня и сократим
на <о:
р/ш2сх2Н-1 = 1. (40)
Дальнейшее преобразование полученного уравнения вы-
текает из рассмотрения второго условия равновесия. Со-
гласно этому условию, углы сдвига фаз между током и на-
пряжением в плечах ab и ad должны быть равны; другими
словами, должны быть равны отношения активных сопро-
тивлений этих плеч к реактивным:
*х *0
1
— = — == — С0 ,
г0 *0 1 ^х
<&Cq
KqCq = гХСХ.
или
откуда
270
Из последнего равенства следует, что подкоренные вы-
ражения в уравнении (40) равны и могут быть сокращены;
после чего это уравнение примет следующий вид:
Zi
СХ~СО'
Следовательно,
Угол потерь в конденсаторе 0 определяется так:
tg0 = fg(9O°-<?)=^.
Можно выразить tg? как отношение емкостной соста-
вляющей к активной. Тогда:
. 1 -1'
tg<? ~шС0- г°-шС0го’
откуда
tg0 = t-^ = «Coro.
ИЗМЕРЕНИЕ КОЭФИЦИЕНТА ИНДУКТИВНОСТИ
§ 118. Мост Максвелла. Существует много схем мостов,
предназначенных для измерения коэфициента индуктивности.
Мы рассмотрим две наиболее типичные схемы, носящие на-
звание мостовМаксвелла.
Первая схема, основан-
ная на сравнении изме-
ряемой индуктивности с
образцовой, представлена
на рис. 203. Здесь а, Ь, с,
d— вершины моста. Из-
меряемая индуктивность
Lx включена в плечо ab.
Активное сопротивление,
которым катушка обла-
дает наряду с индуктив-
ностью, обозначено гх.
В плечо ad включены об-
разцовая индуктивность
Ао и активное сопроти-
Рис. 203. Мост Максвелла для сравнения
двух индуктивностей.
вление г0, в плечах be, bd
включены магазины со-
271
противлений и г2. Кроме того, в/схеме предусмотрено
переменное сопротивление г, которое может с помощью
специального переключателя включаться в плечо ab или ad
последовательно с Lx или Л0..Остальные части схемы пред-
ставляют собой элементы, обычно применяемые в мостах
переменного тока (см. § 115). Иногда в качестве нулевого
прибора в схеме предусматривается, наряду с прибором
переменного тока, также и гальванометр постоянного тока,
причем включение того или иного прибора осуществляется
с помощью переключателя.
Условия равновесия моста могут быть получены следу-
ющим образом.
Для равенства мгновенных значений потенциалов в точ-
ках b и необходимо, чтобы углы сдвига фаз в плечах
ab и ad были равны.
Поэтому
rx __ <nLx_Lx
r0 ~
или
Кроме того, должны быть равны произведения сопро-
тивлений противоположных плеч:
Zab ' Zdc — Ztc ' Zad ‘
А так как
zai*=Vrx-Y<&L*
zbc = G
% de = Г2 9
ТО _______________________
r,V rx2 + ш2£я2 =>4 rJ -г ш2Д02.
Отсюда _______________ -____________________
/ / Ш2А 2 \ 1 /~ 9 / 1 I ®^()’ 1
V Г«(1+Ч
и
, Г. . ®2АЖ2 т /, , <“Ч
v‘V 1 + ^i- = v"V l +
Сравнивая полученное выражение с уравнением (41), мы
видим, что подкоренные выражения в обеих частях урав-
нения равны и могут быть сокращены. Таким образом по-
лучаем:

272
откуда
Г1
ГХ = Г^Л •
Г2
Это уравнение выражает первое условие равновесия моста.
Из последнего уравнения имеем:
Сравнивая с уравнением (41), получаем:
^•0 ^2
откуда
7 2
Так выражается второе условие равновесия моста.
Рассмотрим назначение добавочного сопротивления г. Из
уравнения (41) следует, что при равновесии моста индук-
тивности Lx и Lq должны быть пропорциональны своим ак-
тивным сопротивлениям гх и г0-В действительности отноше-
ние коэфициентов индуктивности катушек к их активным
сопротивлениям бывает различным и, как правило, этому
условию не удовлетворяет. Для соблюдения этого требова-
ния необходимо изменить величину одного из активных со-
противлений гх или г0, что достигается включением в одно
из плеч ab или ad. сопротивления г и подбором такого
значения этого сопротивления, при котором условие (41)
будет соблюдено'. На результате измерения это не отра-
зится, так как в выражение для Lx сопротивление г не
входит.
Во всех выведенных рыше соотношениях, так же как и
в дальнейшем изложении, активные сопротивления плеч ab
и ad обозначены для упрощения через гх и г0 без учета со-
противления г. В действительности, в зависимости от места
включения г, активные сопротивления плеч будут либо
(''х-М и г0, либо гх и (r0-j-r), что следует иметь в виду
при пользовании формулами.
Процесс измерения при неизменном значении Ао и урав-
новешивании моста путем изменения г, /х и г2 довольно
сложен и требует некоторого навыка, так как равновесие
достигается путем одновременного изменения нескольких
величин. Обычно измерение ведут так: при г == 0 подбирают
такое отношение ^1, чтобы получить минимальное отклоне-
18 Зак. 3024. — Электроизмерительная техника. 273
ние гальванометра. Затем, пробуя включать сопротивление
г поочередно в оба плеча ab и и изменяя его величину,
добиваются дальнейшего уменьшения отклонения. Затем
л
снова меняют отношение — и т. д., пока в конце концов
Г2
не добиваются равновесия.
Если в качестве Zo может быть применена образцовая
переменная индуктивность, изменяющаяся достаточно плавно,
измерение значительно упрощается. В этом случае берут
— = 1. Затем, уравновесив с помощью сопротивления г мост
Г2
на постоянном токе, получают
— Q — 1
После этого уравновешивают мост на переменном токе,
изменяя величину Ао. После уравновешивания LX — LC).
Точность измерения с помощью переменной Lo несколько
меньше, чем при постоянном значении индуктивности об-
разцовой катушки. При сборке схемы следует располагать
катушки Lx и Lo так, чтобы между ними не было взаимной
индуктивности, так как в противном случае результаты из-
мерения будут неверны.
§ 119. Метод сравнения индуктивности с емкостью. Вто-
рая схема моста Максвелла основана на сравнении индук-
тивности с емкостью. Для этого измеряемая катушка и об-
Рис. 204. Мост Максвелла для срав-
нения индуктивности с емкостью.
274
разцовая емкость включаются
в противоположные плечи мо-
ста (рис. 204). Здесь Lx и гх —
индуктивность и активное со-
противление измеряемой ка-
тушки; Со и г0 — емкость об-
разцового конденсатора и ак-
тивное сопротивление, вклю-
ченное параллельно с ним в
плечо dc\ и г2 — активные
сопротивления; a, b, ct d — вер-
шины моста. В качестве ну-
левого прибора в диагональ bd
могут, с помощью переключа-
теля, включаться как гальвано-
метр переменного тока, так и
постоянного.
Уравновешивание моста мо-
жет быть достигнуто двумя
способами в зависимости от того, является ли емкость CQ
постоянной или переменной. В первом случае способы ура-
вновешивания аналогичны описанным в § 118. Во втором
случае сначала уравновешивают мост на постоянном токе,
после чего без изменения активных сопротивлений, подби-
рая емкость CQ, уравновешивают моет на переменном токе.
Из равновесия моста на постоянном токе следует, что
''Zo = /,/2- (42)
Из равновесия моста на переменном токе имеем:
%аЪ * ~/1с ~Ьс ’ %ad*
Так как
Г г х
г го
?Ьс = >\
Zad^r2,
ТО
rZVl+<o2C02r02 Г1Г2‘
Сокращая на гхг0 = г\г2 [см. уравнение (42)] и возводя
в квадрат, получаем:
1 + ^ = 1+-2W.
' X
Отсюда:
L, г
— Сого
' X
4, = с^гх,
а так как
rjx = rj2,
Lx = Cjxr2. (43)
Уравнения (42) и (43) выражают условия равновесия рас-
сматриваемой схемы. Эта схема применяется, преимуще-
ственно, для измерения малых значений Lx. Пользуясь ею,
можно также производить измерения емкости путем срав-
нения ее с образцовой индуктивностью. Условия равновесия,
18* 275
так же как и процесс равновешивания моста, остаются при
этом без изменений. Величина измеряемой емкости опреде-
ляется из уравнения:
L
^2
ИЗМЕРЕНИЕ КОЭФИЦИЕНТА.ВЗАИМНОЙ ИНДУКТИВНОСТИ
§ 120. Метод согласного и встречного включения об-
моток. Измерение коэфициента взаимной индуктивности,
в большинстве случаев, сводится либо к измерению коэфи-
циента индуктивности с помощью какого-нибудь из опи-
санных выше методов, либо к сравнению с образцовой
взаимной индуктивностью. К числу первых относится метод
согласного и встречного включения обмоток, состоящий
в следующем.
Две катушки, взаимная индуктивность между которыми
должна быть измерена, соединяются так, чтобы создаваемые
ими потоки складывались. Если обозначить индуктивности
этих катушек через Lx и Z2, а коэфициент взаимной индук-
тивности через М, то общая индуктивность всей системы
L' должна быть:
1' = Ц + 12 + 2М.
Если же, не меняя взаимного расположения катушек
соединить их так, чтобы создаваемые ими потоки были на-
правлены навстречу друг другу, то общая индуктивность
системы будет:
Z" = 4- — 2Л1.
Вычитая второе уравнение из первого, получаем
—Г = 4ЛТ,
откуда
лд L' — L"
М =-----4—. (44)
Таким образом, для измерения коэфициента взаимной
индуктивности двух катушек необходимо измерить две ин-
дуктивности L' и L". Это измерение производится любым
из способов, применяемых для измерения индуктивности.
Например, при пользовании мостом Максвелла (см. §§ 118,
119) в соответствующее пдечо моста вместо одной катушки
Lx включаются надлежащим образом соединенные обмотку
взаимной индуктивности.
276
Для измерения взаимной индуктивности нет необходи-
мости знать индуктивности отдельных катушек и L2, так
как эти величины не входят в уравнение (44). Можно также
и не знать, при каком соединении обмоток их потоки скла-
дываются и когда вычитаются.
§ 121. Метод сравнения. В.тех случаях, когда имеется
образцовая переменная взаимная индуктивность, изменяю-
щаяся в таких пределах, что ее значение может превышать
величину измеряемого коэфициента взаимной индуктивности,
весьма удобен метод сравнения. На этом методе основана
схема Феличи (рис. 205).
Измеряемая взаимная-индуктивность обозначена здесь
через Мх, а образцовая — через/Ио. ^Методика измерения со-
стоит в следующем. Первичные обмотки сравниваемых вза-
имных индуктивностей соединяются посчедовательно и вклю-
чаются в цепь источника тока. Вторичные обмотки соеди-
няются навстречу друг другу и включаются в цепь гальва-
нометра.
Индуктированные во вторичных обмотках токи будут
направлены навстречу друг другу. Путем изменения /Ио
можно добиться отсутствия тока в цепи вторичных обмо-
ток. Очевидно, что в этом случае Мх — М^
ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОВТОРЕНИЯ
1. Какие два условия нужно выполнить, чтобы уравновесить
мост на переменном токе?
*2. Почему мост Соти непригоден для измерения емкости
конденсаторов, имеющих большой \гол потерь?
3. Каким образом компенсируется-угол потерь в мостах пере-
менного тока?
4. Каково назначение сопротивления г в схеме моста Макс-
вел та (рис. 203)?
5. Какие приборы применяют в мостовых схемах перемен-
ного тока для определения отсутствия тока в диагонали?
ГЛАВА IX
ИЗМЕРЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСТВА
БАЛЛИСТИЧЕСКИЙ ГАЛЬВАНОМЕТР
§ 122. Введение. При измерении количества электриче-
ства встречаются два различные случая: а) измерение малых
количеств электричества, протекающих в течение коротких
промежутков времени (доли секунды) и б) измерение боль-
ших количеств электричества, протекающих за большой
промежуток времени (порядка нескольких часов).
Первый случай очень часто встречается в практике
электрических и магнитных измерений и находит примене-
ние для косвенного определения таких величин, как емкость,
магнитный поток и даже число витков катушек (см., на-
пример, § 125 настоящей z главы). При подобного рода
измерениях приходится считаться с импульсами тока, дли-
тельность которых часто составляет доли секунды. Второй
случай измерения количества электричества имеет место,
например, в электрических цепях, где напряжение источника
тока поддерживается постоянным и где, измерив количество
электричества, протекшее за некоторый промежуток времени,
можно судить и о потреблении энергии за это же время.
В первом из рассмотренных случаев пользуются магнито-
электрическим гальванометром с подвижной катушкой
с увеличенным моментом инерции подвижной части,
получившим название баллистического гальвано-
метра. Во втором случае — так называемыми счетчи-
ками количества электричества.
§ 123. Теория. Баллистическим гальванометром назы-
вается гальванометр, предназначенный дляизмерения быстро
протекающих количеств электричества. При работе с ним
наблюдают не установившееся отклонение подвижной части,
как с обычным гальванометром (см. § 50), а так называемый
баллистический отброс, когда рамка гальванометра, получив
толчок от прохождения кратковременного импульса тока,
отклоняется от своего нулевого положения и, достигнув
некоторого максимума, затем возвращается к нулю. Это
максимальное отклонение называется баллистическим
278
отбросом и является мерой количества электричества,
протекшего через гальванометр.
Для того, чтобы баллистический отброс был пропорцио-
нален количеству электричества, протекшему через гальва-
нометр за время импульса, необходимо, чтобы импульс
тока прекратился раньше, чем рамка гальванометра начнет
двигаться. Иначе говоря, импульс тока должен быть на-
столько кратковременным, чтобы подвижная часть не успела
отклониться, пока существует в цепи гальванометра ток.
Если же импульс тока нельзя сделать столь кратковремен-
ным» то для сохранения вышеуказанного условия необходимо
увеличить момент инерции подвижной части, а вместе с ним
и период колебаний. Для этого в гальванометре фирмы
Гартман и Браун, а также завода „Электроприбор" (рис. 71)
предусмотрено специальное устройство, позволяющее по
желанию превратить обычный гальванометр в баллистиче-
ский, путем подвешивания на подвижную часть особого
маховичка, увеличивающего момент инерции.
Движение рамки баллистического гальванометра подчи-
няется тем же-законам, что и движение рамки обычного
гальванометра, с тем лишь отличием, что рамка баллисти-
ческого гальванометра неподвижна во время прохождения
тока и начинает отклоняться лишь после того, как пре-
кратился импульс тока. Достигнув некоторого наибольшего
отклонения, рамка может возвратиться к нулю различным
образом в зависимости от режима работы гальванометра
(см. § 51). При слабом успокоении (степень успокоения р
меньше единицы) рамка остановится после нескольких коле-
баний. При сильном успокоении (Р больше 1) рамка вернется
в нулевое положение без колебаний. И в том и в другом
случае первое отклонение подвижной части — баллистиче-
ский отброс — пропорционален количеству электричества,
протекшему через гальванометр за время импульса тока.
На рис. 206 изображены кривые движения подвижной
части гальванометра при различных режимах работы. Кри-
вая I соответствует периодическому режиму работы, кривая
III — апериодическому, кривая II — критическому. Кривые
построены в предположении, что отклонение вызвано одним
и тем же количеством электричества. Из кривых видно,
что первое отклонение рамки тем больше, чем меньше сте-
пень успокоения. Оно оказывается наибольшим при р = 0.
При этом баллистический отброс рамки связан с количе-
ством электричества зависимостью:
Bsw ~ м
• т„ • «• (45)
279
где Q —количество электричества,
То—период незатухающих колебаний,
Во — плотность магнитного потока,
$ — площадь рамки,
w —число витков ее обмотки,
W— удельный противодействующий момент подвеса.
Обозначая величину
В sw 2~
через St, получим
(46)
Рис. 206. Кривые движения подвижной части баллистического
гальванометра.
Множитель называется чувствительностью
гальванометра к количеству электричества
или баллистической чувствительностью. Вели-
чина обратная чувствительности, т. е.
С == —
ь
называется баллистической постоянной.
Из (45) и (46) следует, что
~ _Вsw 2~
* То*
Поэтому чувствительностью к количеству электричества
называется число делений, на которое отклонится световое
пятно па шкале, отстоящей от зеркала гальванометра на
1 ш при прохождении через гальванометр единицы количе-
ства электричества (1 микрокулон).
280
При критическом режиме работы, когда 'р = 1, первое
отклонение рамки уменьшается и становится равным:
_Bsn) 2- _
' т~е’
где е = 2,718— основание натуральных логарифмов. При
(3 > 1 отклонение уменьшаетая в еще большей степени.
При критическом режиме:
~ __ В s w 2~
““ ~W~ ’ Т^е ’
Таким образом, чувствительность к количеству эле-
ктричества зависит от успокоения и уменьшается по мере
его увеличения. Чувствительность максимальна при от-
сутствии успокоения.
Так как в магнитоэлектрических гальванометрах эле-
ктромагнитное успокоение (см. § 51) составляет наиболь-
шую часть всего успокоения, то это приводит к зависимости
чувствительности от сопротивления цепи гальванометра.
§ 124. Шунтирование баллистического гальванометра.
Нередко в практических случаях требуется уменьшить чув-
ствительность гальванометра и тогда прибегают к шунти-
рованию его. Однако, обычно шунтирование баллистического
гальванометра требует отдельной его градуировки, т. е.
определения чувствительности вместе с шунтом. Объясняется
это изменением сопротивления внешней цепи гальванометра,
вследствие чего простой пересчет чувствительности нешун-
тированного гальванометра для случая его шунтирования
оказывается невозможным. Поэтому во многих случаях
предпочитают специальную схему шунта. При этом схему
и сопротивления шунта нужно выбирать так, чтобы они
удовлетворяли следующим требованиям:
1) чувствительность гальванометра должна быть умень-
шена в определенное число раз;
2) сопротивление, на которое замкнут гальванометр, неза-
висимо от степени шунтирования, должно оставаться по-
стоянным и равным тому, которое имело место до его
шунтирования;
3) общее сопротивление гальванометра и присоединен-
ного к нему шунта; независимо от степени шунтирования,
должно оставаться постоянным, т. е. равным сопротивлению
самого гальванометра до его шунтирования.
Последние два условия вызваны тем обстоятельством,
что баллистическая чувствительность в сильной степени
зависит от сопротивления цепи, на которую замкнут гальва-
281
нометр. Принципиальная схема шунта, предложенная Фольк-
маном и удовлетворяющая поставленным требованиям, изо-
бражена на рис. 207.
Сопротивления г]; г2, г3 должны
быть:
_ л(г + г,)
Г1~ «2—1
Рис. 207. Схема шунта
Фолькмана.
где п — коэфициент шунтирования,
показывающий, во сколько
раз уменьшается чувстви-
тельность при шунтирова-
нии,
гд — сопротивление гальвано-
метра,
г —сопротивление внешней
цепи.
§ 125. Различные применения баллистического гальва-
нометра. В качестве примеров применения баллистического
гальванометра укажем на возможность измерения емкости,
магнитного потока и числа витков катушек, где измерение
количества электричества является лишь промежуточным
звеном, а не конечной целью измерения.
а) Измерение емкости. Зарядив от какого-либо
источника тока два конденсатора — один неизвестной ем-
кости, а другой известной, разряжают их поочередно на
баллистический гальванометр. Тогда, как нетрудно видеть,
будут иметь место следующие равенства:
Qx = CxU=Cbax
И _ _
Qo — ==
где индекс 0 относится к образцовому конденсатору, а ин-
декс х — к неизвестному.
Отсюда
Ь) Измерение магнитного потока. Примером
измерения магнитного потока может служить измерение
282
потока постоянного магнита. На испытуемый'цагнит наде-
вают катушку с известным числом витков и замыкают ее
на баллистический гальванометр. При сдергивании этой
катушки с нейтрали магнита в обмотке будет индуктиро-
ваться э. д. с., и гальванометр получит импульс тока. Вели-
чину магнитного потока можно подсчитать по формуле:
С* гл
Ф=-А— . 108 [максвелл],
где Ф — полное изменение магнитного потока, пронизываю-
щего катушку, или иначе, — полный магнитный
поток постоянного магнита в максвеллах,
г—сопротивление цепи гальванометра, включая и со-
противление испытательной катушки,
w — число витков испытательной катушки.
с) Определение числа витков. Последний пример
непосредственно указывает также на возможность примене-
ния баллистического гальванометра для определения числа
витков катушек. Для этого нужно только взять кроме
проверяемой катушки еще одну с известным числом витков.
Соединив обе катушки последовательно с гальванометром
и сдергивая их поочередно с нейтрали одного и того же
постоянного магнита, получим два отклонения: а0 и ах.
Тогда, на основании предыдущего примера, можно написать
следующие соотношения:
wx • Ф = Сьахг • 108,
даоФ=СЛаог- 10»
откуда
а
(Хо
где индекс 0 относится к катушке с известным числом вит-
ков, а индекс х — к испытуемой.
СЧЕТЧИКИ КОЛИЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСТВА
§ 126. Магнитоэлектрические счетчики. Как было ука-
зано выше, в практике встречаются случаи, когда требуется
измерять количества электричества в течение большого
промежутка времени, часто измеряемого сотнями и тысячами
часов. 'Для этого служат счетчики количества электриче-
ства, или, как их часто называют, счетчики ампер-часов.
Существуют два типа счетчиков количества электричества
постоянного тока — магнитоэлектрические и электрохими-
ческие. Первые основаны на взаимодействии тока с маг-
283
нитным потоком, вторые используют закон Фарадея о хи-
мическом действии тока.
На рис. 208 схематически показано устройство магнито-
электрического счетчика, а на рис. 209 — общий вид
счетчика фирмы Сименс-Шуккерт.
Внутри полого алюминиевого диска D помещена 04-
мотка Л в виде трех плоских катушек. Концы катушек
подведены к трем коллекторным пластинам, к которым
прижимаются с обеих сторон щетки b и Ь', служащие для
подвода тока к катушкам. Диск с обмоткой вращается
между полюсами двух постоянных магнитов Ж, расположен-
ных в диаметрально противоположных частях диска.
Рис. 208. Схема магнитоэлектрического,
счетчика.
Рис. 209. Магнитоэлектрический
счетчик фирмы Сименс-Шук-
керт.
С осью подвижной части (якоря) счетчика помощью чер-
вячка К и .зубчатой передачи связан счетный механизм,
учитывающий полное число оборотов якоря за все время
вращенйя последнего. Обмотка якоря обычно шунтируется
некоторым сопротивлением rs. Счетчик включается в цепь
последовательно с приемником, как амперметр. Взаимодей-
ствие тока в обмотке якоря с магнитным потоком посто-
янных магнитов вызывает вращение диска счетчика. Это
вращение, в случае отсутствия коллектора, происходило бы
лишь до тех пор, пока обмотка не заняла положение, соот-
ветствующее наибольшему числу силовых линий, пронизы-
вающих ее плоскость. Изменение направления тока в каж-
дой из катушек, осуществляемое при помощи коллектора,
создает условия для непрерывного вращения диска. Враще-
284
ние якоря тормозится теми же постоянными магнитами,
создающими в диске при его вращении токи Фуко (ср. § 141).
Вращающий момент, действующий на якорь счетчика,
выражается уравнением:
/г.
О = £.Ф I = £Ф—
1 . д 1 м r I г
s\ д
где Фж — магнитный поток .постоянного магнита,
1д —ток в обмотке якоря,
/ —ток в цепи приемника,
^ил,— сопротивления обмот^ и шунта,
kY —коэфициент пропорциональности, зависящий от
размеров, числа витков и других данных обмотки.
Тормозящий момент выразите^ уравнением того же
вида, только вместо 1д следует подставить силу токов
Фуко в'диске. Так как последняя пропорциональна скорости
вращения якоря и потоку постоянного магнита, то тормо-
зящий момент от токов Фуко в диске будет:
где п — скорость диска,
k2 — коэфициент пропорциональности, в основном зави-
сящий от электрического сопротивления путей
токов Фуко в диске. 1
Кроме момента /Hi в счетчике имеет место еще тормо-
зящий момент, обусловленный обратной э. д. с., которая
индуктируется в обмотках якоря и создает в его цепи ток,
направленный навстречу рабочему току. Этот момент
определится уравнением, подобным предыдущему:
=== >
где Л3— коэфициент, зависящий в основном от размеров,
числа витков и других данных обмотки.
Суммарный тормозящий момент будет:
где
^4 “ ^2 + ^3*
Под действием вращающего момента диск будет вра-
щаться с некоторым ускорением до тех пор, пока тормозящий
момент, возрастая с ростом скорости, не окажется равным
вращающему. Тогда диск будет вращаться равномерно и
D = M.
285
Отсюда
где
k__________________________ll‘r- .
дг
Так как при равномерной скорости zz = y, где 7V—число
оборотов диска за время ty то из (47) получаем:
N = klt,
но
It = Q,
поэтому
N = kQ,
т. е. показания счетного механизма, учитывающего полное
число оборотов диска, будет пропорционально количеству
электричества, протекшему через счетчик за промежуток
времени t.
Если напряжение сети, в которую включен счетчик,
постоянно, то его показания будут пропорциональны также
энергии, затраченной приемником за определенное время.
Это дает возможность получать показания счетчика непо-
средственно в единицах энергии.
Источником погрешности в магнитоэлектрическом счет-
чике является, главным образом, трение в подпятнике
и подшипнике, а также в счетном механизме — между
щетками и коллектором. В новейших счетчиках эту погреш-
ность удается почти полностью компенсировать, поэтому
даже при малых токах, когда вращающий момент невелик
и трение становится особенно заметным, погрешность не
выходит за пределы ± 2%.
§ 127. Электрохимический счетчик. Из электрохимиче-
ских счетчиков наиболее распространенным является счетчик
Стиа (Stia). На рис. 210 показан эскиз этого счетчика фирмы
Шотт в Иене. Он состоит из стеклянного запаянного сосуда
с кольцевым желобком. Внизу сосуд оканчивается трубкой Т,
снабженной шкалой. Анодом служит ртуть R, налитая
в желобок D. При помощи впаянного в сосуд электрода
анод соединяется через добавочное сопротивление с шун-
том гб. В качестве катода применен угольный электрод К,
от которого сделан второй вывод к шунту. Все остальное
286
пространство сосуда заполнено раствором йодистого кали$
и иодистой ртути в воде. Анодное пространство отделено
от остальной части сосуда перегородкой //, осуществленной
из прессованного стеклянного порошка.
При прохождении постоянного тока через электролит
происходит электролиз, на катоде
рая попадает в трубку Т, посте-
пенно ее заполняя. По закону
Фарадея количество вещества,
выделенного током при про-
хождении его через электролит,
пропорциональноколичествуэле-
ктричества, протекшему через
раствор. Поэтому, если сечение
трубки одинаково по всей длине,
то по высоте ее заполнения
ртутью можно судить о коли-
честве электричества, протек-
шего за определенное время
через счетчик.
После полного заполнения
трубки ртутью счетчик можно
снова привести в прежнее со-
стояние, перелив ртуть из
трубки Т в пространство, заня-
тое анодом, путем простого опро-
кидывания счетчика. Обратно
ртуть переливается через трубку
М. Для постоянного напряжения
сети подобные счетчики градуи-
руются непосредственно в кило-
выделяется ртуть, кото-
Рис. 210. Электролитический
счетчик количества электри-
чества^
ватт-часах.
Основным достоинством электрохимического счетчика
является отсутствие вращающихся частей и одинаковая
точность во всем диапазоне токов, на которые он рассчитан.
ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОВТОРЕНИЯ
1. Какие условия нужно соблюдать, чтобы отклонение гальва-
нометра было пропорционально количеству электричества?
2. Можно ли применить обычный магнитоэлектрический
гальванометр в качестве баллистического?
3. Как измерить магнитный поток в воздушном зазоре
электромагнита при помощи баллистического гальванометра?
4. Как связана скорость вращения якоря магнитоэлектричес-
кого счетчика с током в обмотке якоря?
5. Что нужно сделать для увеличения скорости якоря
счетчика — ослабить или усилить магнит?
ГЛАВА X
ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ ПОСТОЯННОГО И ОДНОФАЗ-
НОГО ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
МЕТОД АМПЕРМЕТРА И ВОЛЬТМЕТРА
§ 128. Схемы включения. Мощность постоянного элек
трического тока определяется выражением:
P=UI, (48)
где Р — измеряемая мощность в ваттах, I—сила тока
в амперах, a U—падение напряжения в вольтах в цепи,
мощность которой измеряется.
Рис. 211. Схемы измерения мощности методом амперметра и вольтметра.
Это простое выражение позволяет легко измерить мощ-
ность постоянного тока без помощи специальных приборов,
пользуясь одним амперметром и вольтметром. Для измере-
ния силы тока I амперметр следует включить в цепь по-
следовательно с приемником тока, а для измерения напря-
жения U—вольтметр параллельно приемнику. Такое
включение показано на рис. 211. Произведение из показаний
амперметра в какой-либо момент времени на одновременные
показания вольтметра даст, согласно уравнению (48),
величину измеряемой мощности Р в ваттах.
§ 129. Погрешности метода. Однако, измерение мощности
Р по схемам рис. 211 не точно. В схеме на рис. 211, а
амперметр измеряет силу тока не только в приемнике, но
и в вольтметре. Обозначим силу тока в приемнике через /,
288
силу тока в вольтметре через lv, а показания амперметра
через 1а. Тогда
/.=/+4 ’
и величина мощности, полученная из показаний наших при-
боров, согласно уравнению (48), будет:
P=UIa = U(14- /г).= UI4- UIr
или, пользуясь законом Ома:
P = UI + -^-. (49)
Г V
Как видно из уравнения (49), полученное таким образом
значение мощности будет больше, чем ее • действительное
значение на величину rv, где г, — сопротивление вольтметра.
Такую схему можно применить лишь в тех случаях, когда
£/2
-----мощность, поглощаемая вольтметром, — достаточно
мала по сравнению с мощностью UI приемника тока.
При включении приборов, согласно схеме рис. 211,Ь
сила тока в амперметре будет та же, что и в приемнике,
т. е.1а = 1. Цо вольтметр покажет падение напряжения не
только на зажимах приемника, но и в амперметре. Сле-
довательно,
P = (U+Uo}I=UI+ra-I2,
где Ua — падение напряжения на амперметре, га — сопро-
тивление амперметра, а га12—мощность, поглощаемая
амперметром.
Так как сопротивление амперметра, обычно, весьма
мало и тем меньше, чем больше предел его измерения, то
величина га 1а2 очень мала и составляет десятые доли про-
цента по сравнению с величиной UI. Поэтому погрешность
при измерении мощности по этой схеме в громадном
большинстве случаев значительно меньше, чем при изме-
рениях по схеме рис. 211,а и в практике она встречается
чаще.
ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ И ФЕРРОДИНАМИЧЕСКИЕ ВАТТМЕТРЫ
§ 130. Теория ваттметра. Электрическая мощность, как мы
уже видели, является произведением двух величин — тока
и напряжения. Это заставило нас применить для измерения
мощности два прибора, вольтметр и амперметр, и рассчиты-
вать мощность как произведение их показаний.
19 Зак. 3924. — Электроизмерительная техника. 289
Желательно было бы, конечно, иметь один прибор, ко*
торый сам автоматически производил бы эту операцию
умножения, и по шкале которого, следовательно, можно
было бы прямо отсчитывать электрическую мощность.
В первой части этой книги мы встречали одну систему,
а именно электродинамическую (§ 35), характерным свой-
ством которой является то, что вращающий момент ее
равен произведению двух токов, протекающих по непод-
вижной и подвижной обмоткам. Если теперь включить об-
мотки электродинамической системы так, чтобы ток в одной
из них был пропорционален напряжению, а ток в другой
обмотке был равен или пропорционален силе тока в на-
Рис. 212. Принципиальная схема электродинамического ваттметра.
грузке, то, как это показано ниже, показания прибора будут
пропорциональны мощности, расходуемой потребителем.
Схема включения, удовлетворяющая этим условиям, показана
на рис. 212.
Пусть напряжение в сети постоянного тока равно U,
а сила тока, потребляемая нагрузкой, — Iv Этот же ток про-
ходит через неподвижную обмотку ваттметра
Мощность Р, поглощаемая нагрузкой, при этом равна:
‘(50)
К подвижной обмотке (рамке) ваттметра К2 и последова-
тельно соединенному с ней добавочному сопротивлению г при-
ложено напряжение U. Следовательно, ток /2 в подвижной
обмотке определяется по закону Ома:
/ - и
где г2 — сопротивление подвижной обмотки.
290
Вращающий момент электродинамической системы про-
порционален произведению токов 1Х и /2:
(51)
где D — вращающий момент, a Ct — величина постоянная,
зависящая от размеров, числа витков и других данных
обмотки. Подставляя в уравнение (51) для /2 его значение,
получаем:
D = CiI1 = -A- I.U = CJ.U, (52)
Г2\Г Г2 ~Г '
так как С\, г2, г—величины постоянные, которые можно
соединить в новую постоянную С2. Произведение IJJ есть
не что иное, как мощность, потребляемая нагрузкой, сле-
довательно:
D = С2Р, (53)
т. е. вращающий момент ваттметра пропорционален изме-
ряемой мощности.
Ось подвижной части ваттметра связана с двумя спи-
ральными пружинами, создающими противодействующий
момент и служащими подводами тока к подвижной обмотке.
Поэтому при отклонении подвижной части, под действием
вращающего момента, возникает противодействующий мо-
мент, который связан с углом отклонения известным
соотношением (§ 33):
М = IF а.
В момент равновесия
D = M,
поэтому
IFa = C2P
или
Р = КР.
и/
Таким образом, отклонение подвижной части пропорцио-
нально измеряемой мощности. Отсюда следует, что шкала
ваттметра равномерна.
§ 131. Схемы включения. На рис. 213,а показана схема
внутренних и наружных соединений электродинамического
ваттметра. Внутренняя схема ваттметра состоит из двух
цепей: цепи тока и цепи напряжения. Так как цепь
тока включается последовательно, а цепь напряжения
19* 291
параллельно нагрузке, то первая, обычно, называется п о-
следовательной, а вторая — параллельной цепью
ваттметра.
Последовательная цепь состоит из двух зажимов, обо-
значенных „*1 “и„ 5 А“ и включенных последовательно
с двумя половинами неподвижной обмотки Кх' и К£. Ток
/v протекающий через последовательную цепь по направле-
нию, показанному стрелками, создает поле Фг В параллель-
ной цепи ток /2 протекает от зажима U* по направлению стре-
лок, через спиральную пружину 5/, подвижную обмотку /С2,
пружинку 52, добавочное сопротивление г к зажиму ,,150V“,
Рис. 213. Схемы внутренних' и наружных соединений ваттметра.
при этом в подвижной катушке создается поле Ф2. Подвиж-
ная рамка стремится повернуться так, чтобы ее поле Ф2
совпало по направлению с полем неподвижной катушки Фр
т. е. по часовой стрелке. Стрелка подвижной части начинает
отклоняться от нуля вправо. На рис. 213, а зажимы U* и I*
приключены к проводнику, идущему ит положительного
полюса генератора так, что ток у этих зажимов входит
в прибор. Зажимы U* и I* называются генераторными
и обозначаются, согласно ОСТ 5236, здездочками (*). В при-
борах заграничных фирм часто встречается вместо звездочки
знак±. На рис. 213, b дана другая схема включения, отли-
чающаяся тем, что генераторные зажимы приключены
к проводнику, соединяющему ваттметр с отрицательным
полюсом генератора. Ток в этом случае выходит у генера-
292
торных зажимов, полярность в приборе теперь обратная
той, которая была в случае рис. 213, а, но вращающий мо-
мент действует все же по часовой стрелке, так как напра-
вление поля изменилось в обеих обмотках. Отсюда следует,
что показания ваттметра не зависят от полярности, нужно
только, чтобы оба генераторные зажимы были соединены
с одним из проводников, приходящих от генератора.
На рис. 214 показаны два случая неправильного вклю-
чения ваттметра. В случае рис. 214, а генераторные зажимы
приключены к проводнику, ведущему к нагрузке. Направле-
ние полей для этого случая показано на рисунке, откуда
Рис. 214. Неправильные включения ваттметра.
видно, что подвижная обмотка стремится поворачиваться
в направлении против часовой стрелки, стрелка прибора
отклоняется от нуля влево. Но и схема с переключенной
параллельной цепью, как это показано на рис. 214, Ь, при
которой стрелка ваттметра правильно отклоняется вправо,
также неверна, по следующим причинам: из рис. 213 видно,
что подвижная обмотка /С2 через пружину непосред-
ственно присоединена к генераторному зажиму, в то время
как добавочное сопротивление г включено между К% и дру-
гим (негенераторным) зажимом. При этом нужно иметь
в виду, что падение напряжения в К2 составляет лишь не-
большую часть (несколько вольт) падения напряжения на
сопротивление г, а последнее почти равно полному напря-
жению сети U. Отсюда следует, что в случаях, указанных
На рис. 213 и 214, а, где оба генераторных зажима приклю-
293
чены к одному и тому же полюсу, плюсу или минусу,
никакой значительной разности потенциалов между подвиж-
ной и неподвижными обмотками не будет. Напротив,
в случае рис. 214, b между последовательней цепью и за-
жимом (/*, а, следовательно, и между и /<2 приложено
почти полное напряжение сети. Так как обмотки прибора
расположены очень близко друг к другу, то наличие боль-
шого напряжения между ними, во-первых, угрожает опас-
ностью пробоя, а во-вторых, подвижная обмотка подвергается
электростатическому притяжению к неподвижным катушкам,
Рис. 215. Включение ваттметра с учетом потребления
параллельной цепи.
что создает дополнительный вращающий момент и, следо-
вательно, погрешность. Практически указанные обстоятель-
ства почти не имеют значения при напряжениях до 127 V,
но ни в коем случае нельзя ими пренебрегать при напря-
жениях выше 220 V.
Разберем еще одну схему включения ваттметра, пока-
занную на рис. 215. По направлению токов и полей она не
отличается от рис. 213, а. Единственное отличие между эти-
ми схемами состоит в том, что. генераторный зажим парал-
лельной цепи приключен не к генераторному проводнику,
а к проводнику, ведущему к нагрузке, или, другими словами,
параллельная цепь ваттметра включена не до последова-
тельной, как на рис. 213, а после нее. Это аналогично слу-
29<
чаям включения вольтметра до или после амперметра
(см. § 129). Легко видеть, что в обоих случаях,рис. 213 ватт-
метр показывает мощность:
р = W/P Л=иц+1^
где 1\ — сопротивление неподвижной обмотки ваттметра.
В случае рис. 215 ваттметр показывает мощность:
Р" = U (Д + /2) = иц + ui2 = Р+ UI2.
Следовательно, в первом случае (включение параллель-
ной цепи до последовательной) показания ваттметра вклю-
чают и собственное потребление мощности в последователь-
ной цепи, а во втором случае (параллельная цепь включена
после последовательной)—и собственное потребление в па-
раллельной цепи. Так как в ваттметрах обычно потребление
параллельной цепи больше потребления последовательной,
то погрешность ваттметра по схеме рис. 213 меньше и при-
меняется она чаще. Однако, схема рис. 215 также пра-
вильна и применяется тогда, когда желательно ввести по-
правки, обусловленные собственным потреблением ваттметра.
Преимущество схемы рис. 215 в этом случае заключается
в том, что для введения поправок нужно знать ток /2, а не
сопротивление последовательной цепи в ваттметрах же
в большинстве случаев указывается именно сопротивление,
параллельной цепи, а не последовательной.
Подытоживая результаты разбора различных схем вклю-
чения, можно установить следующие общие правила вклю-
чения ваттметра.
Обязательными условиями для правильного включения
ваттметра являются:
4. Генераторный зажим последовательной цепи должен
быть со стороны генератора, а не нагрузки.
2. Оба генераторных зажима должны быть приключены
к одному и тому же полюсу.
3. Если желательно, чтобы показания ваттметра не вклю-
чали собственного потребления параллельной цепи, то
параллельная цепь должна быть включена до последователь-
ной, т. е. ближе к генератору.
Наглядным и легко запоминающимся признаком правиль-
ного включения при условии одновременного выполнения
второго и третьего правил является то, что в этом случае
оба генераторных зажима соединены между собой (рис. 213).
§ 132. Расширение пределов измерения. Щитовые ватт-
метры, как и все щитовые приборы, изготовляются обычно
только на один. предел измерения. Поэтому этот раздел
Относится, главным образом, к переносным и лабораторным
295
приборам, в которых предусматриваются несколько преде-
лов измерения (тока и напряжения^. Это вызвано, во-первых,
экономическими соображениями, так как, например, один
ваттметр на четыре предела измерения стоит несравненно
дешевле, чем четыре ваттметра, имеющие по одному пре-
делу измерения, а во-вторых, и стремлением не загромо-
ждать лабораторию, испытательную партию или рабочее
место лишним количеством приборов.
Аналогично амперметрам и вольтметрам, где предел изме-
рения определяется тем током или тем напряжением, при
которых в приборе достигается полное отклонение, предел
измерения ваттметра определяется мощностью, вызывающей
полное отклонение стрелки. ОдАако, предел измерения
мощности недостаточно характеризует ваттметр. Действи-
тельно, для измерения, например, мощности 1500 W при 15 V
и 100 А требуется, конечно, совершенно иной ваттметр, не-
жели для измерения той же мощности при 150 V и 10 А
или 300 V и 5 А. Следовательно, нужно в первую очередь
знать, на какой максимальный ток и максимальное напряже-
ние рассчитан ваттметр. Кроме того, при включении ватт-
метра необходимо хотя бы приблизительно знать, каковы
напряжение и сила тока в цепи. Это достаточно ярко можно
иллюстрировать таким примером: включим ваттметр, рас-
считанный на 150 V, в цепь с напряжением 380 V; допустим —
тока в цепи пока нет; стрелка прибора в этом случае даже
не отклоняется, между тем параллельная цепь окажется пе-
регруженной и ваттметр может сгореть.
Следовательно, на каждом ваттметре обязательно долж-
ны быть указаны его номинальный ток и номинальное на-
пряжение, произведение которых дает предел измерения
мощности, т. е. ту мощность, которой соответствует полное
отклонение стрелки ваттметра. Если ваттметр'имеет несколь-
ко пределов измерения, то он имеет соответственно не-
сколько „номинальных ток,в" несколько „номинальных на-
пряжений". Обычно же для простоты говорят, хотя это
и не совсем точно, что ваттметр имеет „несколько пределов
тока и напряжения".
Ваттметр, разобранный на рис. 213, имеет один предел
тока и напряжения: 5 А и 150 V. Его предел мощности бу-
дет, следовательно, равен 750 W. Для расширения предела
напряжения можно поступить таким же образом, каку вольт-
метров, т. е. воспользоваться добавочным сопротивлением.
На рис. 216 показана параллельная цепь ваттметра на три
предела напряжения: 75, 150, 300 V. Если полное отклонение
ваттметра наступает при токе в параллельной цепи 30 mA,
то очевидно, чго для получения предела 150 V требуется
296
сопротивление 5000 2, для предела 75 V — полозина этого
сопротивления, т. е. 2500 2, а для предела 300 V удвоенное
сопротивление— 10000 2.
Рис. 216. Параллельная цепь ваиметра натри предела
напряжения.
На рис. 217 изображена параллельная цепь ваттметра
на 150 и 300 V с зажимом, обозначенным „1000 2“
и с переключателем направления тока (±). В лабораторных
ваттметрах с током полного отклонения 30 mA зажим
*
о
—----’ /ОООВ
/000# /50V . 300У
3 о о
-—4000#---- 50008—
Рис. 217. Параллельная цепь ваттметра с переключателем
направления тока.
„1000 2“ предусматривается для того, чтобы можно было
приключать к прибору стандартные (калиброванные) добавоч-
ные сопротивления.
Применение таких добавочных сопротивлений требуется,
во-первых, тогда, когда нужно работать на напряжениях,
297
не предусмотренных в самом приборе, например 600, 750 V,
а во-вторых, для работы ваттметра в специальных схемах,
например, для измерения мощности в трехфазных сетях и
др. (см. ниже § 149). Зажим „1009 соответствует
пределу измерения 30 V (1000 X 30 mA), однако, этим
пределом нельзя пользоваться при точных измерениях
из-за больших погрешностей от изменения температуры
и др. Он служит только для присоединения добавочных
сопротивлений.
Переключатель направления тока, выполненный обычно
в виде небольшого вращающегося коммутатора, служит
•для того, чтобы иметь возможность в случае обратного
отклонения стрелки (от нуля влево) произвести отсчет, не
Рис. 218. Работа ваттметра в цепи с меняющимся направлением энергии.
изменяя внешней схемы соединений, а поворачивая лишь
переключатель из положения-}-в положение —. Обратное
отклонение ваттметра при правильном его включении в цепь
указывает на то, что энергия передается не в предпола-
гаемом направлении или, иначе выражаясь, что мощность
нужно учесть с отрицательным знаком (знак — на переклю-
чателе). Это можно иллюстрировать простым примером
динамомашины, включенной параллельно с аккумуляторной
батареей (рис. 218). На рис. 218, а показан случай, когда
машина работает генератором и заряжает батарею. Пере-
ключатель ваттметра при этом стоит на-}-. В случаё
рис, 218, b машина работает двигателем и питается от
батареи. Энергия передается в обратном направлении, и
переключатель ваттметра стоит в положении — .Ваттметр
показывает отрицательную мощность,
298
Второй более частый случай применения переключателя
направления ' тока будет рассмотрен в разделе измерения
мощности трехфазного тока.
Задача изменения пределов тока решается несколько
сложнее, чем для напряжения. В основном она разрешается
тремя методами:
а) применением шунтов,
б) переключением отдельных секций последовательной
обмотки в определенных комбинациях (последовательно и
параллельно),
в) перегрузкой неподвижных катушек при одновре-
менном соответствующем переключении в параллельной
цепи.
а) Применение шунтов типа применяемых в маг-
нитоэлектрических амперметрах имеет то неудобство, что,
во-первых, ввиду значительного собственного потребле-
ния ваттметров требуются шунты с большим падением
напряжения (150 или 300 mV), а во-вторых, ваттметры
с шунтами пригодны лишь для измерения на постоянном
токе, тогда как на переменном токе будут иметь место
большие погрешности. Так как большинство ваттметров
предназначено именно для работы на переменном токе, то
шунты применяются редко, когда требуется ваттметр только
для постоянного тока и притом на такую силу тока (50 А
и выше), которую нельзя пропустить непосредственно
через последовательную цепь ваттметра.
б) Переключение секций последовательной
обмотки. Самый распространенный метод получения
двух пределов тока с отношением 1:2 состоит в последо-
вательном или параллельном включении двух совершенно
одинаковых секций неподвижной обмотки. На • рис. 219
изображена последовательная цепь ваттметра с пределами
тока 2,5 А и 5 А. Как видно, ток силой 2,5 А в случае
рис. 419, а создает в секциях и К" точно такое же
поле, как ток силой 5 А в случае рис. 219, Ь. Даже в том
случае, если сопротивления секций /С/ и К" неодинаковы
и токи распределяются неравномерно, например, ток в, Л\'
составляет 2,3 А, аЬЛ\" — 2,7 А, вЛ-таки суммарное число
ампервитков, а, следовательно, и создаваемое ими. магнит-
ное поле и вращающий момент останутся без изменения.
Это значит, что отклонения прибора в обоих случаях будут
точно одни и те же и требуется только одна шкала для
обоих пределов тока. Потребление мощности в последова-
тельной цепи остается также постоянным на обоих преде-
лах тока, а сопротивление на высшем пределе будет в че-
тыре раза меньше, чем на нижнем.
299
Для перехода от одного предела к другому может слу-
жить планочный переключатель, принцип действия кото-
рого понятен из рис. 219. Конструктивное оформление его
видно на рис. 227. В конструктивном отношении такой пе-
реключатель очень прост, но он имеет тот недостаток, что
переключение не может быть произведено под током, так
как оно сопряжено с опасностью для работающего, а также
для прибора, вследствие неизбежного разрыва цепи тока
и связанного с этим искрения и обгорания контактов.
Более совершенным устройством является штепсельный
переключатель, принцип действия которого показан на
Рис. 219. Последовательная цепь ваттметра на два
предела тока 2,5 — 5 А с планочным переключа-
телем.
рис. 220. Штепсель, вставленный в одно из гнезд, соеди-
няет между собой соседние штепсельные колодки (на ри-
сунке штепсель изображен сплошным черным кругом). Пе-
реход от одного предела к другому осуществляется здесь
через три этапа, изображенные на рис. 220 а, b и с. Так
как в среднем этапе последовательная цепь замкнута на-
коротко, то переход происходит без разрыва цепи и может
быть совершен под током.
Если неподвижную обмотку подразделить на четыре
одинаковые секции Ку', К^', Ki\ К"' (рис. 221), то можно
получить три предела тока с отношением 1:2:4, напри-
мер, 2,5 А, 5 А и 10 А. И в этом случае ваттметр имеет
одну общую шкалу и потребление мощности на всех трех
пределах оказывается одинаковым. Ваттметр на три пре-
300
дела обладает уже довольно большой универсальностью.
Так, например, можно двумя такими ваттметрами, одним
на 0,5—1—2 А и одним на 5—10—20 А производить изме-
рение почти при всех силах тока, встречающихся в лабо-
раторных условиях, при поверке счетчиков и т. п. К со-
Рис. 220. Переключение пределов тока при помощи штепселей.
а—нижний предел тока, Ь—последовательная цепь замкнута накоротко, с—верхний предел
тока.
Рис. 221. Последовательная цепь ваттметра на три предела тока:
2,5 —5—10 А.
жалению, переключающее устройство таких ваттметров
получается довольно сложным и громоздким и приводит
к значительному увеличению размеров прибора. Конструк-
тивное оформление штепсельного переключателя на три
предела показано на рис. 228 и 229.
301
Изложенные выше способы переключения характеризу-
ются тем, что на каждом пределе все секции последова-
тельной обмотки одинаково участвуют в создании поля.
Другой способ заключается в том, что ток на одном пределе
пропускается только через одну половину,а на другом-^только
через другую половину обмотки. Так как при этом исклю-
чается параллельное включение половин, то > можно их
сделать неодинаковыми и получить два предела тока
с любым отношением, например, 1:5 или 1:10. Если еще
разделить каждую половину на две одинаковые секции и
переключать их параллельно или последовательно, то можно
получить четыре предела тока, например, 0,5—1—2,5—5 А
или 0,5—1—5—10 А и т. п. Потребление цепи тока
такого ваттметра также почти одинаково на всех пре-
делах, но оно в два раза больше, чем в первых двух
случаях, так как для создания тех же ампер-витков исполь-
зуется только половина обмотки и, следовательно, сечение
проволоки должно быть в два раза меньше, а сопротивле-
ние будет в два раза больше. Второй недостаток этого
способа изменения пределов измерения заключается в том,
что половины обмоток несколько отличаются друг от
друга и такой ваттметр должен иметь две немного отлича-
ющихся шкалы: одну для двух нижних и другую для двух
верхних пределов тока, что несколько неудобно для поль-
зования. Такой ваттметр с зажимным переключателем на
четыре предела тока показан на рис. 230.
в) Перегрузка последовательной обмотки.
Если потребление мощности и перегрев последовательной
обмотки при номинальном токе невелик, то можно до-
пустить перегрузку этой цепи, доходящую в некоторых
конструкциях до 100% (ДО удвоенного номинального тока).
Это, как мы увидим дальше, имеет особые преимущества
при работе на переменном токе, но может быть также
использовано для получения дополнительного предела тока.
Возьмем ваттметр с параллельной цепью по рис. 216
на 75—150—300 V и с последовательной цепью на 2,5—5 А
(по рис. 219), но допускающий перегрузку на 100%, т. е.
до 10 А. Пусть нам нужно измерить мощность при силе
тока до 10 А и напряжении до 150 V. Максимальная мощ-
ность составит, следовательно, 1500 W. Если ваттметр
включить на предел 5 А и 300 V, то полное отклонение
будет иметь место при 1500 W. Следовательно, пределы
5 А и 300 V нам заменяют пределы 10 А и 150 V; мы по-
лучили как бы третий предел тока —10 А.
Отсюда мы видим, что всякий ваттметр, допускающий
100% перегрузку последовательной цепи, дает фактически
302
дополнительный предел тока, вдвое превышающий номи-
нальный ток, правда, только при напряжениях не выше
половины номинального напряжения. Чтобы освободиться
от последнего ограничения, в некоторых конструкциях
предусмотрен специальный переключатель, позволяющий
при перегрузке последовательной обмотки путем шунтиро-
вания уменьшить вдвое ток в подвижной обмотке, что
равноценно переходу на высший предел напряжения. По-
следний метод преимущественно применяется в ваттметрах,
рассчитанных на большие силы тока (выше 20 А), где раз-
деление неподвижной обмотки на несколько секций и
переключение их представляется особенно трудным.
§ 133. Расчет постоянной ваттметра. В противополож-
ность ваттметрам с одним пределом напряжения и тока,
т. е. с одним пределом мощности, всегда имеющим шкалу,
градуированную в единицах мощности и позволяющую от-
считывать измеряемую мощность непосредственно в ваттах
(W), киловаттах (kW) или мегаваттах (MW), лабораторные
ваттметры на несколько пределов напряжения и тока, как
правило, имеют шкалу, градуированную просто в делениях,
также, как многошкальные магнитоэлектрические вольтметры
и амперметры. В этом случае, как известно, нужно пока-
зание прибора в делениях умножить на „постоянную" при-
бора, соответствующую данному пределу измерения, чтобы
получить измеряемую мощность в ваттах:
где Р — измеряемая мощность,
а—показание прибора в делениях,
С—постоянная прибора в ваттах на одно деление.
Постоянная часто называется ценой деления. Если
обозначить через Un — номинальное напряжение, 1п — номи-
нальный ток, ап— полное число делений на шкале при-
бора, то постоянную ваттметра на пределах напряжения и
тока Un и 4 можно рассчитать, пользуясь выражением:
С„ UJn .
а
п
Если, например, ваттметр имеет 150 делений, то на пре-
делах 300 V и 5 А его постоянная будет:
300 -5 1 л ,, г /
“Тад- =10
Важно только запомнить, что 1п и Un обозначают имен-
но номинальные ток и напряжение, а не максимальные.
303
§ 134 Включение ваттметра в цепь переменного тока.
Мгновенное значение мощности на переменном токе равно
произведению мгновенных значений напряжения и силы тока:
k — ui.
Обычно же нас интересует не мгновенное значение мощ-
ности, а среднее ее значение, называемое мощностью
переменноготока.
• На рис. 222 изображена кривая напряжения и = Z7max sin <s>t
и кривая переменного тока i = /юах sin (otf— 9). Кривая тока
смещена по отношению к кривой напряжения за угол.
<р=о)^0; ток „отстает* по фазе от напряжения на время t0.
304
(54)
Как известно из теории переменных *гоков, среднее значе-
ние мощности рассчитывается по формуле:
Ра /max ^max CQS __ pjcos
где 1 и U—действующие значения тока и напряжения:
у __ Дпах U = ^[пах
]/2~ V2 '
На диаграмме рис. 223 напряжение представлено верти-
кальным вектором U, а ток — вектором /о сдвинутым от-
носительно напряжения в сто-
рону отставания на угол сдвига
фаз <?. Уравнение (55) можно на-
писать т^кже в виде
Ра
C-OS? = 777’
откуда следует, чт,Ь величина
cos? равна отношению мощности
к так называемой кажущейся
мощности. Это отношение, как
известно, и называется коэфи-
циентом мощности.
Вращающий момент ваттметра
в каждый данный момент вре-
мени, или иначе, его мгновенное
значение d, пропорционально
произведению из тока в подвиж-
ной обмотке /'2 на поток Ф1г, создаваемый нагрузочным
током 4 в неподвижной обмотке (см. § 130):
Если Фх отстает по фазе от /2 на угол 4 (Рис- 223),
то среднее значение момента будет:
D = ‘^1cos Ф»
где /2 и Ф|—действующие значения силы тока и магнит-
ного потока. Так как сила тока /2 пропорциональна на-
пряжению U, а поток <3?! пропорционален силе тока то
можно написать
Рис.
223. Векторная диаграмма
ваттметра.
(55)
Z) = c1t7/iCos 4.
Отсюда следует: для того чтобы ваттметр правильно
показывал мощность переменного тока, необходимо:
cos 4 = cos О.
20 Зак. 3024. ~ Электроизмерительная техника.
305
Это условие будет; выполнено, если ток /2 будет совпа-
дать по фазе с напряжением U, а поток Oj с током 1и
что при промышленной частоте практически всегда имеет
место в электродинамических ваттметрах. Поэтому все
сказанное выше по вопросам внутреннего и наружного
соединений, расширения пределов измерения ваттметра на
постоянном токе остается в силе и в том случае, когда
ваттметр включается в. цепь переменного тока.
§ 135. Погрешности ваттметров. Кроме погрешностей,
общих всем типам приборов и зависящих, главным обра-
зом, от тщательности изготовления, у ваттметра имеется
ряд характерных для него погрешностей, сильно завися-
щих от конструкции прибора.
а) Влияние температуры и собственного на-
грева. Изменение температуры окружающей среды вли-
яет на показания ваттметра двояким образом: во-первых,
при изменении температуры изменяется сопротивление па-
раллельной цепи и, во-вторых, изменяются упругие свойства
пружины.1 При увеличении температуры показания ватт-
метра, с одной стороны, уменьшаются из-за увеличения
сопротивления подвижной рамки, а с другой стороны, уве-
личиваются из-за уменьшения противодействующего мо-
мента. Так как сопротивление рамки, намотанной из меди
или алюминия, обычно очень мало по сравнению с доба-
вочным сопротивлением, изготовленным из манганина, то
в результате получается всегда небольшая положительная
температурная погрешность, т. е. показания ваттметра при
увеличении температуры на 10° увеличиваются, в зависи-
мости от предела напряжения, на 0,1—0,2%.
Пока речь идет только о влиянии внешней температуры,,
величина этой погрешности оказывается настолько малой,
что даже для лабораторных приборов нет необходимости
ее компенсировать.1 2
ЛЭднако, это положение меняется, если принять во вни-
мание повышение температуры, обусловленное собствен-
ным нагревом при полной нагрузке, которое часто дости-
гает 20° и больше. Это может вызвать недопустимые для
лабораторных приборов погрешности при длительном вклю-
чении.
Ввиду этого предусматривается почти одинаковая
в лабораторных ваттметрах всех заграничных фирм.
1 Момент пружин при увеличении температуры на 20эС уменьшается,
примерно, на 0,25%.
2 ОСТ 5236 допускает для ваттметров I класса температурную по-
грешность ± 0,3% на 10°С.
306
а также завода „Электроприбор" температурная компенса-
ция, состоящая из манганинового шунта, включенного
параллельно подвижной рамке прибора (рис. 224). Принцип
действия этой компенсации состоит в том, что ' при
нагреве сопротивление рамки г2 растет, а сопротивление
шунта г3 остается без изменения, поэтому происходит
перераспределение токов: Г2 уменьшается, a 13 растет при
постоянном значении общего тока в параллельной цепи /2,
благодаря этому вращающий момент уменьшается и ком-
пенсирует вышеуказанную положительную погрешность.
Рис.' 224. Схема температурной компенсации ватт-
метра.
Обычные данные температурной компенсации для лабо-
раторных. ваттметров, у которых номинальный ток в па-
раллельной цепи составляет 30 mA, таковы:
г2= 100—1402; г3 = 900—20002; 7, = 2-3 mA.
б) Влияние напряжения. Одна и та же мощность
может быть получена при разных комбинациях силы тока
и напряжения, а градуировать прибор можно только при
одной какой-либо комбинации: так, например, половина
номинальной мощности (середина шкалы) может быть по-
лучена либо при номинальном напряжении и половине
номинального тока, либо при номинальном токе и поло-
вине номинального напряжения. Если нет строгой пропор-
циональности между силой тока и напряженностью создан-
ного им поля, то, естественно, показания в том и в другом
случае будут расходиться. Однако, это может иметь место
только в приборах, где силовые линии в значительной ча-
сти замыкаются через железо (вследствие непостоянства
магнитной проницаемости железа при разных индукциях).
Поэтому необходимо ферродинзмические приборы (см. § 37)
градуировать и проверять в условиях, близких к нор-
20* 307
мальным, т. е. при Постоянном (номинальном) напряжении
и разных токах.
В электродинамических приборах без железа указанное
расхождение совершенно отсутствует, их можно, следова-
тельно, одинаково точно градуировать при любых соотно-
шениях между током и напряжением.
в) Влияние частоты и коэфициента мощ-
ности. Изменение частоты может вызвать изменение по-
казаний ваттметра, так как вследствие наличия индуктив-
ности рамки сопротивление ее переменному току будет
изменяться с изменением частоты. Если рамка обладает
индуктивностью L2 и полное активное сопротивление парал-
лельной цепи равно г2, то ток в параллельной цепи /2 ПРИ
постоянном токе будет:
а при переменном токе:'
L = U _______________
2 ^2 /г22 + ш2А22
Следовательно, сила тока в параллельной цепи на по-
стоянном и переменном токах будет различной. Это раз-
личие изменяется с изменением частоты. Однако, в практи-
ческих —условиях при промышленных частотах (<»Z.2)2
настолько мало в сравнении с г22, что им можно прене-
бречь. Обычно (<оЛ2)2 составляет менее, чем 0,01% от г22.
Поэтому можно считать, что погрешность от изменения
частоты в электродинамических ваттметрах при промы-
шленных частотах отсутствует.
Иначе обстоит дело с влиянием коэфициента мощности.
Например, отставание тока /2 от напряжения U, характери-
зуемое углом 32 (см. рис. 223), который рассчитывается по
известной формуле tg 82==-°-^-, может достигать заметной
Г2
величины, так как величина <»Л2 в сравнении с г2 соста-.
вляет около 0,2% в электродинамических и 1% в'ферро-
динамических приборах. Точно так же оставание потока Фп
от тока характеризуемое углом Sj и вызванное либо то-
ками Фуко в толстых медных проводниках последователь-
ной обмотки высокоамперных ваттметров, либо потерями
в железе у ферродинамических ваттметров, может иметь
значительную величину.
В § 134 мы видели, что условием правильной работы
ваттметра на переменном токе является равенство:
cos = COS <?.
308
Расхождение углов 6 и ® обусловлено именно наличием
углов и о2, так как
= ? —82 + 81==<? + s>
где o = 8j — 82. Наибольшая погрешность от разности ® и 6
получается при. cos о = 0, когда мощность при этом также
равна нулю. Показание же ваттметра в этом случае будет:
cos cos (©4-8),
а так как
® = 90° и cos (90 4-8) = — sin 8,
то
UIX cos = — UIy sin 8.
Таким образом, вместо того чтобы показать 0, ваттметр
показывает величину — (У/, sin 8. Если же измерение, происхо-
дит при cos <э=1, т. е; при ® = 0, то ваттметр будет изме-
рять вместо величины U!i величину L7jcos8. Однако,
в этом случае, ввиду малости 8, cos 8 очень мало отли-
чается от единицы и поэтому при cos®=l погрешность
оказывается совершенно незаметной. Так как мощность
может быть получена при разных cos®, а градуировка мо-
жет быть осуществлена только при определенном cos®,
обычно при cos®=1, то при других cos® появится по-
грешность, которая будет наибольшей при cos® = 0.
Эта погрешность будет равна нулю только при усло-
виях либо 8] = 0 и 82 = 0, либо 8] = 82, т. е. 8 = 0. Первое
условие может иметь место только в электродинамических
приборах для небольших сил токов (максимум 20А), второе
условие может служить способом компенсации погрешности
от сдвига в ферродинамических приборах, если отставание/2
от U и Ф] от /] можно сделать одинаковым.
В лабораторных ваттметрах, в которых сдвиг.между Ф]
и Д весьма мал, обычно применяется компенсация угла 82,
состоящая в том, что шунт rs (рис. 224) изготовляют
таким' образом, чтобы он обладал некоторой индуктив-
ностью. Это приводит на переменном токе к перераспре-
делению токов fs и /2' по фазе, а именно: 13 отстает от
общего тока /2, а его несколько опережает. Изменением
соотношения между активным и индуктивным сопротивле-
ниями шунта добиваются совпадения // и U.
г) Влияние внешних полей. Электродинамические
приборы гораздо сильнее подвержены влиянию внешних
магнитных полей, чем другие системы приборов. Объ-
ясняется это тем, что напряженность поля, создаваемая не-
подвижными катушками, невелика и составляет в среднем
309
от 40 до 60 Ое при номинальном токе. Так как это поле
при номинальном напряжении вызывает отклонение стрелки
на всю шкалу, то легко ' видеть, что внешнее поле напря-
женностью 5 Ое будет вызывать отклонение порядка 1%
от длины шкалы. Для приборов всех'типов, кроме электро-
динамических, ОСТ 5236 допускает’ при напряженности
в 5 Ое отклонение стрелки лишь на 3% от длины шкалы,
а для приборов электродинамической системы без же-
леза влияние внешнего поля не ограничивается, что, как
мы видим, вызвано невозможностью в достаточной степени
уменьшить это влияние. Это обстоятельство очень снижает
ценность электродинамических приборов, являющихся по
всем остальным показателям самыми точными приборами,
в особенности на переменном токе.
Влияние внешних полей может быть почти полностью
исключено применением одной из трех следующих кон-
струкций: астатической, экранированной и фер-
родинами ческой.
§ 136. Конструкции электродинамических ваттметров,
а) Электродинамические ваттметры без же-
леза нашли применение, главным образом, в лаборатор-
ных условиях, где защита их от внешних полей не пред-
ставляется очень трудной. Измеряющий механизм может
быть выполнен с круглыми катушками (рис. 225), с прямо-
угольными катушками (рис. 226) и с овальными катуш-
ками (рис. 232). Добавочные сопротивления изготовляются
обыкновенно в виде плоских пластин, намотанных
только одним слоем манганиновой проволоки, так как
это обеспечивает хорошие условия для охлаждения и
малую величину индуктивности. Добавочное сопротивление
помещается обычно в задней части прибора, где имеется
специальная, отделенная от измеряющего механизма, ка-
мера с хорошей вентиляцией. ,
На рис. 227 показан общий вид ваттметра завода „Элек-
троприбор" типа ЭДК. Схема последовательной цепи этого
ваттметра показана на рис. 219, а цепи напряжения—на
рис. 217. Ваттметр принадлежит к числу приборов I класса,
подкласса К (контрильный), с максимально допустимой
погрешностью±0,5%.
На рис. 228 показан внешний вид и на рис. 229 внут-
реннее устройство ваттметра фирмы Сименс и Гальске на
три предела тока, с отношением пределов 1:2:4. Схема
его дана на рис. 221. На рис. 229 виден штепсель-
ный переключатель для пределов тока. Нижний предел из-
мерения получается, если вставить три штепселя в нижний
ряд штепсельных гнезд, среднему пределу соответствует
310
Рис. 225. Внутреннее устройство ваттметра
типа ЭДК завода „Электроприбор".
а—бронзовые колонки, Ь—камера воздушного успокоителя,
с—мостик, d—крышка успокоителя; /—неподвижная обмотка,
Л—щека из гэтинакса для крепления неподвижных сбмэток.
Рис. 226. Внутреннее устройство ваттметра фирмы „Норма*.
Рис. 227. Ваттметр ЭДК за-
вода „Электроприбор".
Рис. 228. Внешний вид ваттметра
фирмы Сименс и Гальске.
Рис. 229. Внутреннее устрой-
ство ваттметра фирмы Сименс
и Гальске.
Рис. 230. Ваттметр фирмы „Норма"
на четыре предела тока.
а—переключатель пределов напряжения,
Ь—переключатель направления тока в па-
раллельной цепи, с—переключатель пре-
делов тока, d—ключ для подтягивания
гаек переключателя.
средний ряд, а верхнему пределу—два гнезда верхнего ряда.
На рис. 228 осуществлено включение на верхний предел
тока, а лишние два штепселя поставлены в специальные
запасные гнезда. Гнездо между средними зажимами служит
для замыкания токовых катушек накоротко.
На рис. 230 показан ваттметр фирмы „Норма" на че-
тыре предела тока: 0,5—1—5—10 А (см. § 132).
Роль штепселей здесь выполняют гайки с, которые
в затянутом состоянии соединяют свой болт с основанием.
Нижний ряд соответствует пределам 0,5—1 А, верхний
ряд — пределам 5—10 А. Для затягивания гаек служит
специальный ключ d.
Рис. 231. Принци-
пиальная схема
астатического ватт-
метра.
б) Астатические ваттм.етры. Астатический ватт-
метр аналогичен описанному выше (§ 3*9)
электромагнитному прибору и состоит из
двух измеряющих механизмов, идентичных
по электрическим и механическим свой-
ствам и смонтированных друг на^ другом
на общей оси.*Обмотки катушек (рис. 231)
включены так, что создаваемые ими маг-
нитные'потоки направлены в разные сто-
роны. Вращающие моменты обоих меха-
низмов складываются, так как перемена
направления тока в катушках,# как мы ви-
дели, не вызывает изменения направления
силы, действующей на подвижную часть.
Внешнее же магнитное поле, взаимодей-
ствуя с полем подвижных катушек, создает
два равных, но направленных навстречу
друг другу вращающих момента и поэтому
не вызываеу вращений подвижной части.
Применением астатической системы мо-
жно полностью исключить только влияние
однородных внешних полей. Вблизи про- ;
водников, несущих большой ток, можно
все-таки получить заметные погрешности,
так как в этом случае взаимодействие внешнего поля с
полем подвижных катушек может оказаться неодинаковым.
Ввиду наличия двойной системы у астатических ваттметров,
собственное потребление несколько больше, чем у обычных.
В качестве примера на рис. 232 показан измеряющий
механизм ваттметра ЛИИ (Ленинградского индустриального
института), который изготовляется на пределы 2,5 — 5 А,
150 — 300 V.
в) Экранированные ваттметры. В то время
как европейскими фирмами Сименс и Гальске, Гартман и
313
Браун и др. до недавнего времени лабораторные ваттметры
изготовлялись исключительно электродинамической системы
и только в последние годы стали применяться астатиче-
ские ваттметры, в Америке передовая мировая фирма Ве-
Рис. 232. Астатический ваттметр ЛИИ.
стон уже давно выпускает электродинамические лаборатор-
ные ваттметры с магнитным акраном. Опасения, что нали
чие железного экрана сможет вызвать погрешности от
токов Фуко и от влияния напряжения (§ 135), оказались
сконструированный и изгото-
влейный экранированный ватт-
метр ничем не уступает при-
борам без железа, между тем
при наличии двойного Экрана
(рис. 233) влияние внешнего
поля в 5 Ое снижается до 0,5%.
Экранированные ваттметры
фирмы Вестон, а также изго-
товляемый ОЛИЗом завода
„Электроприбор" экраниро-
ванный лабораторный ватт-
метр типа ЭДЛ (рис. 234) имеют
еще и то достоинство, что до-
пускают 190% перегрузку в
цепи тока и 50% перегрузку в
необоснованными;, хорошо
Рис. 233. Принципиальное устрой-
ство магнитного экрана.
—неподвижные обмотки, А2—подвижная
катушка, а—внутренний экран, Ь—наруж-
ный экран, с—крышка экрана.
цепи напряжения, а это, как
мы видели, расширяет область применения ваттметра.
г) Ферродинамические ваттметры. В ферро-
динамической системе (рис. 41) магнитный поток, создан-
314
ный током в неподвижной обмотке, замыкается за исклю-
чением небольшого воздушного зазора, целиком через
железный магнитопровод. Этим достигается одновременно
довольно хорошее экранирование от внешних полей и зна-
чительное увеличение вращающего момента. Наряду с этим,
правда, заметно возрастают погрешности от влияния на-
пряжения и сдвига, так что изготовление ваттметра I класса
ферродинамической системы представляет очень трудную
задачу, если не применять пермаллой (§ 20) в качестве
материала для магнитопровода.
Рис. 234. Экранированный ваттметр типа ЭДЛ ОЛИЗа завода „Электро-
прибор".
а—внутренний экран, Ь—наружный экран, d—переключатель направления тока в цепи
напряжения, £—магнит успокоителя (второй магнит снят), /—диск успокоителя, g—пере-
ключатель пределов тока, Л—пластины добавочного сопротивления.
Ввиду указанных обстоятельств ферродинамические
ваттметры применяются, главным образом, как щитовые,
значительно превосходя при этом по точности индукцион-
ные ваттметры;
д) Специальные ваттметры. Из числа довольно
разнообразных специальных конструкций ваттметров опи-
шем лишь два типа: ваттметры на малые cos « и ваттметры
с компенсацией собственного потребления.
Ваттметры, дающие полное отклонение при низком cos <э,
например cos о = 0,2, применяются, главным образом, для
измерения активной мощности (потерь) в реактивных на-
грузках, как, например, в цепи напряжения индукционного
счетчика, трансформаторах, реактивных катушках, для из-
315
мерения потерь при исследовании железа (см. § 203) и др.
Во всех этих случаях активная мощность составляет лишь
небольшую долю кажущейся мощности, обычно меньше 10%.
Если при этом пользоваться ваттметром на cos©=l, допу-
стимая погрешность которого 0,3% от длины шкалы, то
при cos© = 0,1 отклонение будет составлять лишь 10% от
Рис. 235. Схема компенсированного ваттметра.
длины шкалы и точность измерения, отнесенная к дан-
ному показанию, будет только 3%. Если бы ваттметр был
рассчитан не на cos© = l, а на cos© = 0,2, то отклонение
было бы равно 50% длины шкалы и погрешность изме-
рения снизилась бы до 0,6%. Этот пример показывает, на-
сколько велики в таких случаях преимущества ваттметров,
рассчитанных на малые cos©.
Предел измерения ' мощности ваттметра, рассчитан-
ного на 150 V, 5 A, cos© = 0,2, можно подсчитать так:
150 • 5 • 0,2 = 150 W. При cos© = l или на постоянном токе
316
полное отклонение будет достигнуто при 150 V и 1 А.
Поэтому номинальный ток (см. § 132) этого ваттметра бу-
дет 1 А, а максимальный 5 А. Последнее соответствует
уже перегрузке последовательной цепи на 400% сверх но-
минального тока. Отсюда видно, что ваттметр на малый
cos® и ваттметр, допускающий большие перегрузки, дости-
гают одной и той же цели. Вышеупомянутый ваттметр
типа ЭДЛ, допускающий 100% перегрузку тока и 50% пе-
регрузку напряжения, дает при использовании этих пере-
грузок полное отклонение уже при cos® —0,33. В этом за-
ключается еще одно достоинство ваттметров, допускающих
перегрузку, которые, как было указано в § 132, кроме
того, могут дать еще дополнительный предел тока.
Компенсированные ваттметры применяются,
главным образом, для цепей с очень малым напряжением,
например, для измерения собственного потребления реле
или других аналогичных устройств, где собственное по-
требление как последовательной, так и параллельной цепей
ваттметра соизмеримы с измеряемой нагрузкой. Принци-
пиальное устройство такого ваттметра указанб на рис. 235.
Ваттметр включается так, что генераторный зажим, цепи
напряжения соединяется с негенераторами цепи тока. По-
следовательная обмотка состоит из двух частей, намотанных
параллельно, с одинаковым числом витков, но разного
сечения, а именно Кх' из толстой проволоки, К" из тонкой.
Через К/ в нормальном направлении идет ток Д -j- /2, через
К"’ в обратном направлении ток /2. Очевидно, что сумма
ампервитков будет соответствовать току /р т. е. нагру-
зочному току. Следовательно, ваттметром не учитывается
потребление ни параллельной, ни последовательной цепей.
ИНДУКЦИОННЫЕ ВАТТМЕТРЫ
§ 137. Принцип действия и устройство приборов индук-
ционной системы. Для контроля над правильным режимом
работы электрических станций часто пользуются щито-
выми ваттметрами переменного тока индукционной системы.
Весьма простые по своей конструкции, не подверженные
влиянию внешних магнитных полей, эти приборы весьма
удобны для работы на щитах, вблизи токоведущих шин,
там, где точность показаний в 1,5—2% является достаточной.
Принцип действия этих ваттметров, как и всяких прибо-
ров индукционной системы, сводится к использованию вра-
щающегося или бегущего поля.
Представим себе легкий алюминиевый диск d (рис. 236)
с осью в центре, его, помещенный между полюсами электро-
3J.7
магнита М, по обмотке которого течет переменный ток.
Возбуждаемый этим током переменный магнитный поток Ф
индуктирует в диске электродвижущую силу е. Согласно за-
кону электромагнитной индукции, эта э. д. с. будет отставать
от индуктирующего ее магнитного потока Ф на угол в 90°.
Сила индуктированного тока Id будет изменяться одновре-
менно с изменением вызывающей этот ток э. д. с., а сле-
довательно, будет также отставать от потока Ф на 90°’
Как известно, проводник с током, помещенный в магнитное
поле, испытывает со стороны этого поля выталкивающее дей-
ствие, согласно правилу левой руки. Однако, в нашем слу-
Рис. 236. Образование токов в диске переменным
потоком.
чае такого взаимодействия между током Id в диске и магнит-
ным потоком Ф не будет из-за сдвига в 90° между ними.
Для наглядности изобразим изменение потока Ф за один пе-
риод в виде синусоидальной кривой, показанной на рис. 237,а.
Ток в диске ld отстает от потока Ф на 90°, т. е. в момент,
когда Ф достигает максимального значения, Id еще равно 0,
а когда Ф уменьшается до 0,4 растет, достигая макси-
мума. Очевидно, в момент этих крайних -значений Ф и Id
взаимодействие между ними равно нулю. В промежутках
между этими крайними значениями Ф и Id создаваемая ими
выталкивающая сила F зависит от величины и направления Ф
и Id. Но, на протяжении одного периода эти величины четырё"
раза меняют свое направление одна относительно другой:
в промежутках от 4 до Ф и ld положительны (соответ-
ствующие участки Кривых расположены над осью t), на
318
участке от Т2до'4Ф отрицательно, a Id положительно;
от /3 до ti обе.величины отрицательны, а отТ4 до t5 Ф по-
ложительно, а 4 отрицательно. Следовательно, за промежу-
ток времени в один период выталкивающая сила четыре
раза переменит свое направление и в результате диск оста-
Рис. 237. Кривые потоков и токов в диске.
нется неподвижным. Но если одновременно диск пронизы-
вается другим магнитным потоком Ф7, индуктирующим,
в свою очередь, в том же диске ток I'd, то взаимодействие
обоих потоков Ф и Ф' с "Токами Id и I'd при известных усло-
виях возможно. Действительно, если Ф и Ф7 сдвинуты по
фазе друг относительно-друга, то и токи Id и ld окажутся
сдвинутыми один относительно другого на такой же угол,
319
и сдвиг между потоком Ф и током 1'л так же, как и сдвиг
между Ф' и Id, не будет равен 90°.
На рис. 237,b показаны кривые изменения потока Ф' и
тока 1Л, когда сдвиг между ними неравен 90°. Как видно из
рисунка, взаимодействие между Ф' и Id происходит уже не при
столь равномерных изменениях направления потока и тока
в диске друг относительно друга—часть периода, в течение
которого поток и ток обладают разными знаками, значительно
отличается от той части периода, когда эти знаки одина-
ковы, а это значит, что за период выталкивающая сила F
в одном направлении преобладает, и диск будет переме-
щаться в этом направлении. Чем ближе сдвиг фаз
между потоком и током в диске к 0 или к 180°, тем силь-
нее будет преобладание одного какого-либо направления
их взаимодействия, а при сдвиге между ними в 0 это
взаимодействие будет происходить при непрерывном одно-
временном изменении выталкивающих потока и тока,
а поэтому направление выталкивающего действия изме-
няться не будет.
Таким образом, создаваемый взаимодействием обоих по-
токов вращающий момент зависит от величины потоков Ф
и Ф', а также от угла сдвига между ними. Ясно, что для
вращения диска абсолютно необходимо, чтобы потоки Ф
и Ф' не совпадали по фазе, ибо тогда совпадут по фазе
и токи в диске 1Л и I'л, и между потоками и токами в диске
будет существовать сдвиг фаз в 90°, при котором, как мы.
видели, среднее выталкивающее действие на диск на пе-
риод равно нулю. По мере увеличения сдвига между по-
токами будет уменьшаться сдвиг между каждым из пото-
ков и возбуждаемым другим потоком током в диске. Когда
угол сдвига между потоками Ф и Ф' достигнет 90°, взаимо-
действие между ними и токами в диске будет наибольшим.
Эту зависимость между величиной вращятощего момента D,
величиной обоих потоков Ф и Ф' и углом сдвига между
ними 6 можно написать в виде:
D = с Ф • Ф' sin «р,
где с — постоянная величина, зависящая от конструкции
электромагнитов и диска (числа витков катушки, ее прово-
локи, размеров и материала сердечников, размеров и мате-
риала диска и проч.).
Сдвиг фаз между потоками обоих электромагнитов
можно осуществить, если обмотку одного из них намотать
из большого числа витков. Такая обмотка будет обладать
большой индуктивностью, из-за чего возникающий в ней
320
Рис. 238. Принципиаль-
ная схема индукцион-
ного ваттметра.
магнитный поток сильно отстанет по фазе от напряжения,
приложенного к катушке.
Сдвиг фаз между потоками Ф и Ф' можно создать
с помощью и одного электромагнита, разделив его поток
на две, работающие в1 разных условиях, ветви и Ф2. Так,
если между полюсами электромагнита на пути части магнит-
ного потока поместить медную или алюминиевую плас-
тинку или охватить эту часть магнитного потока, расщепив
полюс, короткозамкнутым витком, то эта часть магнитного
потока, индуктируя э. д. с. в помещенных на ее пути плас-
тинке или витке, отстанет от свободной части потока на
некоторый угол.
§ 138. Теория индукционного ваттметра. Принципиаль-
ная схема расположения электромагнитов в индукционном
ваттметре дана на рис. 238. В катуш-
ке одного из них, включаемой в цепь
последовательно, протекает нагрузоч-
ный ток /, а обмотка второго электро1
магнита включается в цепь параллель-
но и к ней приложено напряжение U.
Благодаря этому в первом электро-
магните возникает поток Фр а во вто-
ром электромагните — поток Фу, про-
низывающие легкий алюминиевый
диск. Для вызываемого потоками Ф7 и
Фу вращающего момента индукцион
ного ваттметра можно написать фор-
мулу:
D = с Ф1 • Фу • sin ф.
Так как Ф2пропорционально нагру-
зочному току /, а Фу — напряжению
U, то можно написать:
D=*ct I • U • sin ф.
Этот вращающий момент вызывает поворот диска и от-
клонение насаженной на ось последнего стрелки. С другой
стороны, этому отклонению противодействует момент М
пружинки, связанной с осью.
В состоянии равновесия вращающий момент D равен
противодействующему моменту М и так как Л/ — Wа, то и
D=W<x, или W а = Cj UI sin ф.
Так как ваттметр измеряет мощность Р = U / cos в цепи
21 Зак. 3924. — Электроизмерительная техника. 321
переменного тока, то отклонение его стрелки а должно
зависеть от мощности:
а — k{ Р = U1 cos <р. (56)
Условие (56) будет выполнено, если sin ф = cos <р, а это
возможно тогда, когда Ф = 90°— % или ф + <р = 90°.
Изобразим явления, происходящие в индукционном ватт-
метре, в виде векторной диаграммы (рис. 239). Все пере-
менные величины, —
напряжение, силу тока,
магнитные потоки—мо-
жно изобразить в виде
стрелок, длина которых
выбирается по опреде-
ленному масштабу, со-
ответствующему чис-
ловому значению изо-
бражаемой величины,
а направление их зави-
сит от сдвига фаз ме-
жду изображаемыми
величинами. На диа-
грамме рис.239 напря-
жение, приложенное к
обмотке параллельной
цепи ваттметра, изо-
бражено вектором U.
Если в цепи нагруз-
ка безиндукционная,
т. е. сдвиг фаз между
током и напряжением
в цепи равен нулю, то
вектор тока 1 должен
совпадать по направле-
нию с U (рис. 239 а).
Рис. 239. Векторная диаграмма индукцион- Поток Фр СОЗДава-
иого ваттметра. емый нагрузочным то-
ком I, также почти со-’
впадает по фазе с током I. Обмотка параллельной цепи
состоит из большого числа витков (несколько тысяч)
тонкой проволоки, благодаря чему ток /г'в ней сдвинут
относительно напряжения U на угол р. Чтобы получить
угол 90° между потоком, пронизывающим диск, и напряже-
нием, поток Ф параллельной цепи разветвляется: часть его
„нерабочий" поток Ф£ (рис. 238) проходит над диском, не
322
пронизывая его, в то время* как другая ветвь потока — „ра-
бочий поток“ Фу замыкается через диск, пронизывая который
возбуждает в нем ток Id и, благодаря этому, отстает по фазе
от нерабочего потока Ф^ и от основного потока Ф. Последний
образует-сумму обоих потоков „нерабочего11 и „рабочего".
Так как в нашем случае ® = 0, то угол Ф==90° и
D = с* UI sin 90° = clUI cos ® — ctP.
В случае появления в цепи сдвига фаз между током
и напряжением (®>0), вектор I сместится, а с ним сме-
стится и вектор Ф2 (см. рис. 239). Угол ф уменьшится на
величину <р, а сумма углов 4'-}-? = 90° останется неизменной.
Следовательно, условие sintp = cos<fi также останется неиз-
менным и
D=ciUI sin ^ — ciUI cos <p = P
не только в случае безиндукционной нагрузки, но и в случае
любой другой нагрузки.
При установке в ваттметре угла ф не равного 90° (при
активной нагрузке) нарушится условие sin ф — pos <р и пока-
зания ваттметра окажутся правильными лишь при том
сдвиге фаз, при котором прибор регулирован и градуиро-
ван. Во всех остальных случаях показания ваттметра будут
пропорциональны не мощности цепи Ulms®, а неравной
ей тогда величине UI sin ф. Поэтому в ваттметре очень
важно предусмотреть наличие приспособления, которое
позволило бы регулировать сдвиг фаз ф между потоками Ф2
и Ф^. Таким приспособлением могут быть, например, ко-
роткозамкнутые витки на пути потока Ф2, количество и со-
противление которых можно менять по усмотрению, или
пластина К на пути нерабочего потока Фх.(рис. 238) пере-
мещая которую вдоль щели, можно изменять сопротивление
части, пронизываемой потоком Фь. увеличивая число таких
короткозамкнутых витков или перемещая пластину внутрь
щели, мы заставим соответствующий поток отстать на боль-
ший угол и тем изменим несколько угол ф между Ф; и Фу.
.Тем не менее абсолютйо точная установка ф = 90°'между
потоками при <? — 0 едва ли осуществима, поэтому при этой
операции допустима некоторая неточность. Погрешность,
возникающая при этом, увеличивается по мере уменьшения
cos® и достигает максимума при cos<p = 0.
Согласно ОСТ 5236 погрешность, возникающая'по этой
причине, при cos® равном 0,5, не должна превышать 1%
от длины шкалы прибора.
21* 323
§ 139. Индукционный ваттметр завода „Электропри-
бор". На рис. 240 показано внутреннее устройство однофаз-
ного индукционного ваттметра типа ВИО завода „Электро
прибор" в Ленинграде. Параллельную цепь ваттметра образует
катушка b с большим числом витков (3000—7000) из тонкой
эмалированной медной проволоки; насаженная на трех-
полюсный сердечник с, собранный из пластин трансфор-
маторной стали. Обмотка последовательной цепи состоит
из двух катушек а с небольшим числом витков толстой
медной проволоки, сидящих на отростках U-образцого сер-
дечника е из такого же материала, как и сердечник парал-
лельной обмотки. В зазоре между сердечником параллельной
обмотки ваттметра и сердечником последовательной обмотки
Рис. 240. Индукционный ваттметр типа ВИО завода
„Электроприбор".
вращается диск d. Ось диска снабжена стальными кернами,
упирающимися в агатовые опоры. Муфта со стрелкой g и
припаянным к ней концом спиральной пружины нанизывается
на ось и крепится к ней стопорным винтом. Второй конец
пружины закреплен на неподвижном мостике, расположен-
ном на кронштейне прибора. Для успокоения служит по-
стоянный магнит т, укрепленный так, что диск вращается
в зазоре между его полюсами. Магнитный поток параллель-
ной цепи пронизывает диск d и замыкается через железную
пластинку, помещенную между сердечником последовательной
цепи е и диском d. Перемещением этой пластинки вверх или
вниз можно сдвинуть поток Фр относительно Ф7 на необхо-
димый угол <|>. Изменяя перемещением сердечника .е или с
воздушный зазор для диска, можно увеличить или умень-
шить вращающий момент ваттметра, и тем регулировать
324
отклонение стрелки ваттметра при номинальном напряжении
и силе тока.
Благодаря тому, что подвижная^часть имеет возможность
поворачиваться на угол значительно больший, чем ^90°,
в индукционном ваттметре, как и во всех индукционных при-
борах, угол шкалы, в противоположность другим система^
приборов, составляет приблизительно 270°.
§ 140. Погрешности’ваттметра. К ваттметру, как и ко
всякому измерительному прибору, предъявляется требова-
ние возможно меньшей чувствительности к искажающим
влияниям внешних факторов. Крупнейшим из таких факто-
ров является изменение температуры окружающей прибор
среды. Так как с повышением температуры на 10° сопро-
тивление медных обмоток ваттметра и его алюминиевого
диска увеличивается на 4%, что, конечно, сильно искажает по-
казания прибора, то ОСТ 5236 разрешает, изготовление лишь
тех ваттметров, в которых правильный подбор соответствую-
щих элементов и конструкция ограничивают погрешность
ваттметра от изменения температуры на =±=10° величиной
не большей, чем 2% сверх основной погрешности прибора.
Изменение, напряжения в параллельной цепи ваттметра
и частоты сети также влияют на результаты измерений.
Так как пропорционально напряжению U лишь на прямо-
линейном участке кривой намагничения (см. рис. 18), то
изменения напряжения, при которых намагничение выходит
за пределы прямолинейной части кривой, не будут вызы-
вать пропорционального изменения Ф^., и вращающий
момент ваттметра перестанет быть пропорциональным
U1 cos % из-за чего показания ваттметра не будут верны.
В свою очередь, изменение частоты сети вызывает изменение
сдвига фаз ф между потоками Ф2 и Ф^, что также- иска-
жает результаты измерения с помощью ваттметра. Допусти-
мые дополнительные погрешности и в этих случаях'регла-
ментируются ОСТом: увеличение или уменьшение напря-
жения сети против номинального напряжения ваттметра
на ± 10% не должно вызывать погрешности большей,
чем±1%, а изменение частоты сети на ±5% не должно
вызывать погрешности в измерениях большей, чем±1,2%
для приборов II класса, к каким относятся индукционные
ваттметры, в том числе и ваттметр завода „Электроприбор".
ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОВТОРЕЙИЯ И ЗАДАЧИ
1. С помощью каких приборов возможно измерение мощ-
ности постоянного тока?
2. Применим ли метод амперметра и вольтметра для изме-
рения мощности переменного тока? Почему?
325
3. Какова будет погрешность при измерении мощности посю
явного тока методом амперметра и вольтметра, если вольт-
метр, включенный по схеме рис. 211а, показывает 120 V,
амперметр показывает 5 А, а сопротивление вольтметра
6000 2?
4. Ваттметр, параллельная цепь которого обладает сопротив-
лением в 10000 Q, включен в цепь постоянного тока по
схеме рис. 215. Каковы показания ваттметра при токе
в цепи приемника в4А и при напряжении на зажимах
приемника в 220V. Как велика погрешность измерений
ваттметра в этом случае?
5. Какова погрешность ваттметра, показывающего 60 W при
напряжении в 120 V, силе тока в 0,6 А и cos ср = 0,83?
6. Какое условие необходимо выполнить, чтобы показания
индукционного ваттметра при переменном токе действи-
тельно соответствовали измеряемой мощности? А для
электродинамического?
ГЛАВА XI
ИЗМЕРЕНИЕ ЭНЕРГИИ ПОСТОЯННОГО И ОДНОФАЗ-
НОГО ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ СЧЕТЧИК ЭНЕРГИИ
§ 141. Устройство и теория. Если бы мощность электри-
ческого тока в цепи поддерживалась строго неизменной
в течение некоторого промежутка времени t, то расход
энергии в цепи за время составил бы:
W=Pt,
где W выражено в джоулях, если Р измерено в ваттах,
а ( в секундах, или в киловаттчасах, если мощность изме-
ряется в киловаттах, а время t — в часах. В этом случае из-
мерение расхода электрической энергии возможно было бы
с помощью ваттметра и часов, а в случае постоянного
тока-—с помощью амперметра, вольтметра и часов. Однако,
не говоря уже о неудобствах метода измерения путем вы-
числения по показаниям нескольких самостоятельных прибо-
ров, приходится считаться еще и стем, что в условиях эксплоа-
тации мощность электрической цепи никогда не сохраняется
постоянной на протяжении более или менее продолжитель-
ного времени. И потому ни ваттметр, ни амперметр с вольт-
метром непригодны для учета расхода энергии в цепи:
эти приборы, позволяющие контролировать режим цепи
в каждый данный момент, не могут непосредственно учесть
и зафиксировать общее количество электрической энергии,
израсходованной за определенный промежуток времени; для
такого учета пользуются электрическими счетчиками.
Одним из распространенных счетчиков для измерения
энергии постоянного тока является электродинамический
счетчик. По идее, положенной в его основу, он имеет много
общего с описанным выше электродинамическим ваттметром
и отличается от последнего, главным образом, тем, что
подвижная обмотка в нем, не связанная пружинками, может
свободно вращаться вокруг своей оси. Схема этого счет-
чика изображена на рис. 241, а внутреннее устройство на
рис. 242.
327
Через две последовательно включенные в цепь кату-
шки а-а пропускается весь ток, энергию которого мы изме-
ряем. В магнитном поле этих катушек помещен якорь Ь,
представляющий собой обмотку, состоящую из нескольких
секций и, насаженную симметрично на легкую, чаще всего
алюминиевую ось /. Ось упирается своим нижним концом,
сделанным в виде шарикового подпятника или керна,
в твердый полированный камень сапфир, рубин или корунд,
а наверху поддерживается другим подшипником. Концы
секций обмотки якоря выводятся на небольшой коллектор k,
по которому скользят легкие щетки / из тонких серебряных
Рис. 241. Принципиальная схема электро-
динамического счетчика.
Рис. 242. Электродинамический
счетчик фирмы АЭГ.
пластинок. К щеткам подводится напряжение сети через
добавочное сопротивление г.
При вращении якоря каждая из щеток попеременно при-
ходит в соприкосновение с разными пластинами коллектора,
служащими наружными выводами обмотки якоря, и изменяет
направление тока в различных частях обмотки по мере
изменения последними своего положения относительно не-
подвижной катушки счетчика. Эта система коммутации поз-
воляет поддерживать ток определенного направления любой
части обмотки якоря в момент ее прохождения через изве-
стные положения в магнитном поле неподвижной обмотки,
и ’тем самым сохранить постоянное направление вращения
Якоря.
328
Так как сопротивление якоря невелико, то в цепь на-
пряжения последовательно с якорем вводится добавочное
сопротивление г. Особая катушка с, включенная также
последовательно в параллельную цеГПь счетчика и назы-
ваемая компенсационной катушкой, создает до-
полнительное магнитное поле, необходимое для преодоления
трения подвижной части в-подпятнике, верхнем подшипнике,
между щетками и кол-
лектором и др.
Магнитное поле нёпо-
дв^кных катушек, взаи-
модействуя с магнитным
полем якоря, создает вра-
щающий момент тем боль-
ший, чем больше ток в
неподвижных катушках и
чем больше напряжение
на зажимах параллельной
цепи счетчика.
Таким образом, по-
добно ваттметру, имеем:
Д = С1{//=С1Р, (57)
где D — вращающий мо-
мент счетчика, а С{—
коэфициент, ’зависящий
от конструктивных эле-
ментов счетчика.
На оси подвижной ча-
сти счетчика устанавлиг
вается легкий алюминие-
вый диск d, вращающийся между полюсами постоян-
ного магнита т. Происходящее при этом пересечение
магнитных линий магнита индуктирует в диске, как во вся-
ком проводнике^ токи (токи Фуко), тормозящие его дви-
жение (рис. 243). Передвигая магнит в плоскости диска
так, что его полюсы будут удаляться или приближаться
к оси, можно изменять силу его торможения, его „тормо-
зящий момент", и тем самым устанавливать для якоря
счетчика необходимую скорость вращения. Тормозящий
момент счетчика прямо пропорционален магнитному по-
току Фм постоянного магнита и току в диске 1Л, индукти-
руемому потоком Фм. Поэтому:
/И = Фж Ц,
32S
но в свою очередь;
где п — число оборотов диска в единицу времени. Следова-
тельно:
M = kxk$>\n. (58)
Фда—величина постоянная для данного магнита, поэтому
произведение 1г2Фм2 можно обозначить одной постоян-
ней Р.:
M = kzn. (59)
Равномерное вращение диска устанавливается тогда,
когда вращающий момент равен тормозящему моменту, т. е.
при:
D = M
или, принимая во внимание уравнение (57):
Cj Р = ks п.
Отсюда скорость якоря:
(60)
Таким образом, скорость равномерного вращения счет-
чика в каждый данный момент времени пропорциональна
мощности и поэтому число оборотов якоря, отсчитанное за
некоторый промежуток времени, может служить мерой
электрической энергии, израсходованной за это время.
В самом деле, число оборотов N, которое сделал бы
я^орь счетчика за время t при равномерной скорости вра-
щения, можно представить в виде:
N=nt.
Подставляя в это выражение значение п из уравнения (60)
получим:
где W—израсходованная в цепи электрическая энергия.
Точные теоретические и экспериментальные исследова-
ния показывают, что число оборотов якоря счетчика за 7
какой-либо промежуток времени пропорционально израсхо-'
дованной за это время энергии не только при установив-
шемся движении, когда скорость якоря равномерна, но
и при резких изменениях нагрузки, когда скорость возра-
стает или убывает, достигая равномерной лишь через не-
сколько секунд (обычно 3 — 4 $).
330
Для отсчета числа оборотов 7V служит специальный счет-
ный механизм, сцепляемый череЗ систему шестеренок с бес-
конечным винтом (червяком) (рис. 241), насаженным на
ось подвижной части счетчика. Цифры счетного механизма
соответственно указывают число киловаттчасов или гекто-
ваттчасов учтенной счетчиком энергии.
§ 142. Постоянная счетчика и погрешность. Счетчик
характеризуется числом ваттсекунд протекшей через него
энергии, которое приходится на* один оборот якоря. Это
число называется н ом и н а л ьн о й и о с т оя н н о й счет-
чика.
На щитке счетчика обычно указывается величина, обрат-
ная номинальной постоянной, а именно передаточное
число, которое представляет собой число оборотов диска,
приходящееся на 1 киловаттчас или на 1 гектоваттчас учтен-
ной энергии. Зная это число Мо, легко вычислить и номи-
нальную постоянную Со. Если Na дано в оборотах на 1 кило-
ваттчас, то:
С __1 Q00 -60-60 Г ваттсекунд
°~ -Уо L на 1 оборот]‘
Однако, как и всякий измерительный прибор, счетчик
электрической’ энергии не может претендовать на абсолют-
ную точность показаний. Его абсолютная погрешность—это
разность между показанным им расходом электрической
энергии Wo и действительной величиной израсходованной
энергии 117 за время t:
Н70 — W.
Относительная погрешность счетчика:
^.^-W 100% •
W
Эту величину можно выразить через номинальную посто-
янную счетчика Со. Мы условились понимать под номиналь-
ной постоянной то чис-ло ваттсекунд, которое приходится
на один оборот счетчика, следовательно:
если No число оборотов якоря за время г0. Если показания
счетчика неверны, т. е. на один оборот якоря его прихо-
дится не Со, а какое-то другое число С ваттсекунд, то
тому же числу оборотов якоря будет соответствовать
энергия:
U7=7VOC’,
331
Рис. 244. Подвижная часть эле-
ктродинамического, счетчика.
действительно израсходованная в цепи. Величина С носит
название действительной постоянной счетчика
и представляет собой число ваттсекунд действительно изра-
сходованной энергии, приходящееся на один оборот якоря.
Таким образом погрешность счетчика будет:
•г = СоДГ°~с^0-100 = юо% •
§ 143. Влияние трения. Подвижная часть электродина-
мического сметчика довольно тяжела; этому способствует
большой якорь (рис. 244), со-
стоящий обыкновенно из не-
скольких соединенных между
собой обмоток Ь и алюминие-
вого тормозного диска rf, сидя-
щих на длинной металличе-
ской оси /. Трение в опорах
такой подвижной части весьма
значительно. Усилие, необхо-
димое для вращения тяжелых
роликов счетного механизма—
онц отливаются обычно под
давлением из сплава олова,
свинца и сурьмы — также зна-
чительно превышает усилия,
необходимые для перемещения
стрелки в показывающих при-
борах. К этому прибавляется
весьма значительное трение
между щетками и коллектором,
через которые подводится на-
пряжение к якорю. Все это
создает в электродинамиче-
ском счетчике большое тре-
ние, противодействующее вра-
щению.
При большом нагрузочном
токе и, следовательно, при
большом вращающем моменте,
на преодоление трения затрачивается лишь незначительная
часть вращающего момента. Влияние трения на скорость
вращения якоря при этом практически незаметно. Совсем
иначе обстоит дело при малой нагрузке счетчика, соста-
вляющей, например, 10% от той, на которую счетчик рас-
считан. Скорость счетчика в этом случае мала, торможение
от постоянного магнита также пропорционально умень?
332
шается, и участие трения в торможении подвижной ча-
сти диска становится весьма заметным. Скорость враще-
ния счетчика уменьшается непропорционально уменьшению
вращающего момента и, следовательно, показания счетчика
будут меньше, чем в действительности израсходованная
энергия.
Уменьшения трения в электродинамическом счетчике
добиваются путем возможного облегчения подвижной части
и улучшения конструкции опор (применение в качестве
опор стальных шариков и сапфировых или рубиновых хорошо
полированных подпятников), путем усовершенствования счет-
Рис. 245. Нагрузочная кривая электродинамического счетчика.
ного механизма, связанного с осью якоря, а также путем
тщательных и остроумных конструкций щеток коллектора.
Тем не менее, избавиться совершенно от трения никогда не
удается и конструкторам приходится предусматривать спо-
собы уменьшения искажающего влияния трения на показа-
ния счетчиков. Один из таких способов заключается в уста-
новке в счетчике упомянутой выше компенсационной ка-
тушки с (рис. 241).
Включенная последовательно с якорем в параллельную
цепь счетчика эта катушка находится подтоком даже тогда,
когда последовательная цепь разомкнута. Магнитное поле
компенсационной катушки направлено так, чтобы, взаимо-
действуя с полем в якоре счетчика,оно создавало небольшой
дополнительный вращающий момент, прибавляющийся
к основному вращающему моменту счетчика, и почти доста-
точный для преодоления трения в подвижной части прибора.
333
Положение компенсационной катушки должно быть
тщательно отрегулировано, чтобы создать лишь необходи-
мую компенсацию, но не вызвать слишком сильного вра-
щающего момента, который заставил бы счетчик работать
тогда, когда его последовательная цепь разомкнута. Послед-
нее явление известно под названием „самохода11.
На рис. 245 приведены нагрузочные кривые электроди-
намического счетчика. По горизонтали вправо откладывается
И некотором масштабе нагрузка счетчика в процентах от
силы тока, обозначенной на щитке счетчика, по вертикали
вверх от точки О откладывается положительная погреш-
ность счетчика, соответствующая случаю, когда его показа-
ния больше, чем следует (счетчик спешит), по вертикали
вниз откладывается отрицательная погрешность счетчика
(счетчик отстает).
Без компенсационной- катушки счетчик, отрегулирован-
ный при любой нагрузке в области 50—100% от номи-
нальной, дает при малых нагрузках преуменьшенные пока-
зания, т. е. его отрицательная погрешность возрастает (кри-
вая а). С помощью дополнительного вращающего момента
компенсационной катушки это отставание легко преодо-
левается (кривая й).
ОДНОФАЗНЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ СЧЕТЧИК
§ 144. Теория счетчика. Для измерения энергии пере-
менного тока применяются конструктивно более простые
и более дешевые счетчики индукционной системы. По прин-
ципу действия и по конструкции они совершенно аналогичны
индукционным ваттметрам, с той лишь разницей, что стрелка
в них заменена счетным механизмом и противодействующий
момент создается не пружинкой, а магнитным торможением,
как в электродинамическом счетчике.
В индукционных счетчиках различают две системы рас-
положения электромагнитов — тангенциальную и радиаль-
ную. В счетчиках с тангенциальной электромагнитной систе-
мой сердечники последовательной и параллельной цепи
расположены параллельно одна другой по касательной
к диску счетчика. В счетчиках с радиальной системой сер-
дечник последовательной обмотки расположен так же по
касательной к диску, но сердечник параллельной цепи на-
правлен по радиусу его, как на рис. 238.
Примером счетчика с радиальной системой может слу-
жить счетчик типа Б2 завода „Электроприбор* в Лёнин-
граде. Катушка параллельной цепи b (рис. 245) насажена
на сердечник из штампованных пластин листовой стали,
334
скрепленной в один магнитопровод с ярмом с из такого же
материала. G тем же ярмом скреплен и ^7-образный сер-
дечник / (рис. 246b) последовательной катушки счетчика.
Рис. 246. Магнитопровод индукционного счетчика типа за-
вода .Электроприбор*.
Поток Ф, возбуждаемый в катушке Ь приложенным к ней
напряжением U., проходит по магнитопроводу, пронизывая
своей рабочей частью диск d. Нерабочая часть этого потока
Рис. 247. Взаимодействие потоков и токов в диске индукционного счетчика.
замыкается через мостик т мимо диска. Поток Фх от тока I
в последовательной цепи пронизывает диск одновременно
в двух местах, а и Ь, симметричных относительно следа
потока Фу (рис. 247а). и 1и— индуктированные потоками
335
Ф/ и Фу токи в диске. Как и в индукционном ваттметре
потоки Ф2 и Фу в счетчике при активной нагрузке
в линии сдвинуты один относительно другого на 90°. На
тот же угол сдвинуты относительно потоков и друг отно-
сительно друга токи в диске и /у.
Рассмотрим взаимодействие потоков и токов в диске
в какой-либо момент времени.
Пусть заштрихованные участки на диске на рис. 247а
обозначают следы магнитного потока в момент его прибли-
жения к максимуму, причем знаком -J- отмечено направление
потока за плоскость чертежа, точкой—направление его вверх,
перпендикулярно к плоскости чертежа, а белые квадраты
соответствуют следу потока, когда он по величине
близок к нулю.
Если в момент, изображенный на рис. 247а, ток напра-
влен по часовой стрелке, то в пунктах а и Ь, согласно пра-
вилу левой руки, возникнет сила Flt выталкивающая диск
влево. Через четверть периода наступит положение, указан-
ное на рис. 247b, и в этом случае в точке с возникнет сила
Л2, направленная также влево. Еще через четверть периода
максимальный поток Ф; снова будет взаимодействовать
с максимальным током /у, причем изменится направление
обоих и, следовательно, сила окажется снова направленной
влево. Нетрудно убедиться, что сила F2 также сохранит
свое направление в следующую четверть периода.
Таким образом, диск счетчика будет вращаться неиз-
менно в одном и том же направлении под влиянием вращаю-
щего момента (см. § 138).
D — c Ф7Фу sin <|>.
В счетчике, как и в ваттметре индукционной системы,
Ф7 пропорциональйо I, Фу пропорционально U и при <р = 0,
Ф = 90°, поэтому:
D = CJU cos <р = СгР.
Тормозящий момент Л4,создаваемый при вращении диска
в поле постоянного магнита, пропорционален скорости (см.
уравнение (59):
М — kzn
и, следовательно, при равномерном движении диска:
А8л == С.Р
и
n = ^.P=NQP. (61)
336
А так как за время i число оборотов диска N=nt, то:
Как видно из этого уравнения, число оборотов диска,
отсчитываемое счетным механизмом индукционного счетчика
за вредя t, служит .мерой расхода электрической энергии
в цепи переменного тока.
§ 145. Нагрузочная кривая индукционного счетчика.
Выше (§ 140) уже отмечались погрешности индукционных
ваттметров из-за изменения напряжения и частоты перемен-
ного тока в сети. Эти погрешности свойственны и индук-
ционному счетчику. Кроме того, индукционный счетчик
испытывает и другие искажающие влияния, связанные
с характером его работы, а именно с его вращением.
Вращаясь, диск счетчика пересекает магнитные потоки
Ф7 и Ф&, индуктирующие при этом в нем токи, аналогичные
тем, которые создает постоянный магнит. Эти токи всегда
направлены так, что тормозят движение диска. Их тормо-
зящее действие, как это видно из уравнения (58), растет про-
порционально квадрату магнитного потока, поэтому при
изменении напряжения или силы тока, когда пропорцио-
нально им изменяется вращающий момент, тормозящий
момент изменяется быстрее. Скорость вращения, следова-
тельно, не будет в этом случае удовлетворять уравне-
нию (61) и, вследствие этого, появится погрешность.
Не при всех нагрузках удается обеспечить и точную про-
порциональность величины потока Ф/ нагрузочному току /.
Эта пропорциональность сохраняется лишь до тех пор, пока
счетчик работает на прямом участке кривой намагничения.
При весьма малых нагрузках (до 5% от номинальной), когда
магнитная проницаемость сердечника мала, или при слиш-
ком большом нагрузочном токе (свыше 125% от номиналь-
ного), когда железный сердечник начинает насыщаться,
рост тока I мало сказывается на росте Фг Поэтому вра-
щающий момент растет медленнее, чем нагрузочный ток,
и скорость счетчика относительно уменьшается.
Как и в электродинамическом счетчике, искажающая
роль трения в опорах диска и в счетном механизме велика
при малых нагрузках и требует специальных приспособле-
ний для компенсации трения. Приспособлением для ком-
пенсации трения в счетчике Б2 служит железный винт I
(рис. 246), ввинченный в толщу сердечника напряжения над
самым диском. Часть магнитного потока Фу ответвляется
по этому винту и пронизывает диск вне заштрихованного
на рис. 247 квадрата диска. Эта часть магнитного потока,
22 Зак. 3924.—Электроизмерительная техника. ^37
проходящая по дополнительному железному участку, по
сравнению с основным потоком отстанет несколько по
фазе от последнего, и токи в диске, индуктированные ею,
будут сдвинуты относительно Фг на угол, отличный от 90°;
поэтому, взаимодействуя с ним, они создадут дополнитель-
ный вращающий момент, достаточный для преодоления
трения подвижной части в опорах и в счетном механизме.
Результатом описанных выше причин является то, что
индукционный счетчик обладает некоторой погрешностью,
изменяющейся с изменением нагрузки. Индукционные счет-
нагрузочная кривая приведена на рис. 248. Сложная нагру-
зочная кривая индукционного счетчика вынуждает нас
отказаться от требований весьма большой точности пока-
заний сметчика. Погрешности порядка 2—2,5% считались до
последнего времени нормальными даже для счетчиков
I класса.
ОСТ 6225 устанавливает погрешность в 2,5%, как макси-
мально допустимую для счетчиков II класса при любой
нагрузке от 10% до 125% от номинальной, при cos ? = 1
и при номинальных значениях напряжения и частоты. При
cos? = 0,5 погрешность индукционных счетчиков II класса
не должна превышать 4%.
При нагрузках ниже 10% от номинальной, погрешность
для счетчиков II класса не нормируется. Устанавливается
лишь допустимая чувствительность счетчика: диск его дол-
жен вращаться уже при нагрузке в 1% от номинальной.
При изменении напряжения сети на ±10% от номиналь-
ного, дополнительная погрешность тех же счетчиков не
должна превышать ±2%, а изменение частоты на ±5% не
должно вызывать для них дополнительной погрешности»
338
большей чем ± 1,5%. Как и у индукционных ваттметров,
показания счетчиков подвержены влиянию температуры
окружающей среды. Дополнительная погрешность, связан
ная с изменением температуры, также регламентируется
ОСТом 6225: .изменение температуры окружающей среды
на ±20° от нормальной, не должно вызывать у счетчиков
дополнительной погрешности большей чем ±2,5%.
§ 146. Индукционный счетчик типа Б2. Вращающий
элемент счетчика типа Б2 (рис. 249) крепится с помощью
винтов на жесткой штампованной железной стойке с двумя
отогнутыми концами, на кото-
рых в специальных отверстиях
помещают опоры подвижной _j
части счетчика Си/7. Верхним
подшипником служитстальная / • :
игла d, залитая в колпачок / •
из легкоплавкого металла
(рис. 250) и проходящая в от-
верстие е, просверленное в
верхней части оси диска и при-
крытое латунным колпачком.
।
Рис. 250. Опоры счетчика В2.
Рис. 249. Счетчик типа
Конструкция нижнего подпятника изображена на том же
рис. 250. Стальной шарик в латунной оправке k (шарико-
держатель) вращается по сферической хорошо полирован-
ной поверхности синтетического сапфира а, удерживаемого
в оправке b из латуни или из того же легкоплавкого
металла, что и верхний подшипник. Спиральная пружинка
предохраняет камень подпятника от повреждений при транс-
портировке или установке. Камень и шарик заделаны
в специальную гильзу и вместе с пружинкой помещаются
22: 339
в латунный патрон, ввинчивающийся в нижний конец стойки.
Постоянный магнит устанавливается на подвижной лапке L
(рис. 249), прикрепленной к той же стойке; его можно пере-
мещать вдоль плоскости диска и закрепить на желательном
расстоянии от оси диска. Счетный механизм прикрепляется
к верхней части стойки так, чтобы одна из его шестеренок
оказалась сцепленной с червяком Z (рис. 249) на оси диска.
Через шестеренки счетного механизма, насаженные на сталь-
ные оси, вращение диска D передается к роликам, на окруж-
ности которых нанесены цифры от 0 до 9. Полный оборот лю-
бого ролика вызывает поворот соседнего с ним слева ролика
Рис. 251. Схема включения однофазного счет-
чика в цепь.
на одну'цифру. В каждом окошке щитка счетного меха-
низма одновременно показывается лишь одна цифра. Шесте-
ренки и ролики собраны в одной латунной обойме. Концы
обмоток последовательной А и параллельной U цепи под-
ведены внутри счетчика к зажимам, вделанным в специаль-
ную зажимную коробку прибора S. Приключение счетчика
к внешней сети осуществляется через наружные зажимы
зажимной коробки.
Схема расположения зажимов счетчика и присоединение
последнего к внешней сети дана на рис. 251.
ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОВТОРЕНИЯ И ЗАДАЧИ
1. Как измерить энергию, израсходованную в цепи постоян-
ного электричес’ ого тока, имея вольтметр, амперметр
и секундомер?
2. Применим ли этот метод в цепи переменного тока?
Почему?
3. Зачем нужна компенсационная катушка? В какую обмотку
счетчика она включ» на? Почему?
4. Каковы условия правильности показаний индукционного
счетчика?
340
5. Чем достигается сдвиг в 90° между потоками?
6. На чем основана компенсация трения в индукционном
счетчике?
7. Каковы пределы погрешнфстей для счетчиков при раз-
личных режимах работы?
8. На щитке счетчика указано: 120 вольт, 5 ампер, 1 кило-
ваттчас — 5000 оборотов диска. Какова номинальная
постоянная счетчика?
9. Сколько оборотов сделает диск такого счетчика в минуту
при номинальной силе тока и при cos ср = 1?
10. За сколько секунд диск того же счетчика сделает 40 обо-
ротов при токе в 4 А и cos ср = 0,75?
ГЛАВА XII
ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ И ЭНЕРГИИ ТРЕХФАЗНОГО
ТОКА
ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ ТРЕХФАЗНОГО ТОКА
§ 147. Мощность трехфазного тока. Мощность пере-
менного тока выражается формулой:
Р — UI cos о.
В случае трехфазного тока можно рассматривать общую
мощность электрического тока в трехфазной цепи как
сумму мощностей трех отдельных цепей, составляющих
единую трехфазную систему. Тогда:
р = л + р2 + рз.
Мощность электрического тока в первой цепи (в пер-
вой фазе):
Р1 = ^10 Ло COS ?1
аналогично для второй и третьей цепи (во второй и третьей
фазе):
Р2 — ^20 Азо COS ©2
P'S ~ ^АзоАю COS 'i:1.
В случае равномерной нагрузки фаз и полной симметрии
напряжения и тока:
— Азо ~ Азо ~ А>
^10 “ ^20 ~ ^30 = Up
?1 = ?2 = ?3 = 'V
и
Pl = Р-1 = Р-л = Ip Up cos ®р.
Полная мощность в трехфазной цепи
P = 3If Up cos <pft
342
а так как при соединении звездой:
то
” V з
л=л>
Р = /3- Ufl,- cos
Вообще говоря, в цепи трехфазного тока четвертый
провод является лишним, и полученное выше значение мощ-
Рис. 252. Измерение мощности трехфазной цепи с помощью
одного ваттметра.
ности трехфазного тока оказывается применимым в трех-
проводной цепи.
§ 148. Метод одного и трех ваттметров. Измерить мощ-
ность трехфазной цепи можно несколькими способами. При
Рис. 253. Измерение мощности четырехпроводной цепи тремя
ваттметрами.
равномерной нагрузке фаз это измерение возможно с по-
мощью одного ваттметра, включенного в одну из фаз, как
это показано на рис. 252. Умножая полученное значение мощ-
ности (равное мощности одной первой фазы) на 3, мы по-
лучим полную мощность трехфазного тока.
343
Однако, полная равномерность нагрузок в трехфазной
цепи бывает не всегда, и описанный метод не всегда при-
меним.
В случае четырехпроводной цепи при неравномерной на-
грузке пользуются тремя ваттметрами. В каждую фазу
(рис. 253) отдельно включают по ваттметру, аналогично
случаю измерения с помощью одного ваттметра. Каждый
ваттметр учитывает при таком включении мощность в со-
ответствующей фазе трехфазной цепи, а сумма показаний
всех трех ваттметров равна мощности во всей цепи. То-
ковые катушки включаются, как и в предыдущем случае,
последовательно в соответствующие фазы, а катушки, на-
пряжения—соответственно к напряжениям: £710, £/30.
Для измерения мощности в трехпроводной цепи можно
также воспользоваться одним ваттметром с искусственной
*
Рис. 254. Метод одного ваттметра с искусственной нейтральной точкой
нейтральной точкой (рис. 254). В этом случае последова-
тельная обмотка ваттметра включается последовательно
в одну из фаз, например 7, а катушка напряжения присо-
единяется генераторным концом к той же фазе, а другим—
в общую точку с концами двух сопротивлений, равным ка-
ждое по величине сопротивлению параллельной цепи ватт-
метра и приключенных своими другими концами к фазам 2
и 3. Ваттметр по этой схеме покажет:
Р1 — ^10 Ло cos
а при равномерной нагрузке фаз и симметрии напряжений
полная мощность цепи:
Р = 3Pj = ЗЦ, I, cos <*р = V3 Ujlt cos
где Up — фазное напряжение, а Ц — линейное напряжение
цепи, 1р— фазный ток, а 7,— линейный ток в цепи.
Описанная схема пригодна лишь при полной симметрии
токов и напряжений и притом в случае применения эле-
ктродинамического ваттметра, так как сопротивления искус-
344
ственной звезды должны быть равны и по величине, и пег
соотношению активной п реактивной составляющих.
§ 149. Метол двух ваттметровыОписанные выше, схемы
включения ваттметров применимы лишь в тех, случаях,
когда нагрузка соединена так, что ее нейтральная точка
доступна. Исключением является схема рис. 254, где на-
грузка может быть соединена и треугольником.
Для измерения в трекпроводных трехфазных цепях при
любом способе соединения нагрузки и любой асимметрии
напряжений и токов применяется .метод двух ваттметров,
включенных по схеме Арона.
На рис. 255, а, Ь и с показаны три эквивалентных спо-
соба включения двух ваттметров по схеме Арона. Как видно
Рис. 255. Схемы включения двух ваттметров для измерения мощности
трехфазной цепи.
из рисунка, ваттметры во всех трех случаях включены по
следующему правилу.
Последовательные обмотки ваттметров включаются в две
какие-либо линии, безразлично какие, соблюдая генератор-
ные концы. Генераторные концы параллельных обмоток при-
соединяются к тем же линиям. Свободные концы этих об-
моток присоединяются к свободной линии (т. е. к той линии,
в которую не включены последовательные обмотки). При-
веденное правило включения показывает, что при включе-
нии ваттметров по схеме Арона порядок,следования фаз
знать не нужно.
Рассмотрим подробнее схему рис. 255а для случая пол-
ной симметрии напряжений и токов. На рис. 256 изобра-
жена диаграмма токов и напряжений для трехфазной трех-
проводной цепи, при условии соединения нагрузки звездой.
345
Диаграмма построена следующим образом. Фазные на
пряжения Цо, £7ао и U.M изображены в виде трех равных
по величине векторов, но сдвинутых по фазе друг относи-
тельно друга на 120°. Линейное напряжение Ц2 получается
путем сложения напряжений Цо и U^. Для этого строится
параллелограм на двух отрезках Uw и £702 (t/02 =—Цо).
Диагональ этого параллелограма и есть линейное напря-
Рис. 256. Векторная диаграмма к схеме Арона.
жение £712. Совершенно аналогичным образом получены на-
пряжения 6723 и U3l из соотношений:
^12 == ^20
t/2S — U.%) U30
^31= ^4° ^10>
Линейные токи /р /2 и /3 изображены также в виде
трех равных векторов, но сдвинутых каждый относительно
своего напряжения на угол ©. Найдем показание первого
ваттметра (W\, рис. 255, а).
346
Показание этого ваттметра равно:
Pi = t/i2/jcos(£712> ЦУ
Из диаграммы легко получаем:
‘ Z и12, /, = 30°+
Поэтому показание первого ваттметра:
Pt = Ui2 Ц cos (30° + <?). (62)
Показания второго ваттметра (W2, рис. 255, а) равно:
= и.л2 IJ COS (t/S2> 11)-
Здесь взято напряжение £732, а не t/23, так как генера-
торный конец параллельной обмотки этого ваттметра при-
соединен именно к линии 3, а не к линии 2.
Для получения на диаграмме вектора этого напряжения
нужно повернуть на 180° вектор и.2Я так как:
t/32 = —
Поэтому:
zai2/.. = 30°—®.
Следовательно, показание второго ваттметра:
Р2 = и32 /8 cos (30° — ?). '63)
Сумма показаний обоих ваттметров будет:
JD 4- Р„ = Ц2 Д COS (30 + ?) + ^32 t-i cos (30 — о).
При полной ^симметрии и соединении звездой:
у2 = и23 = и3^и1^=узир
И
Поэтому:
Л + Я = Ц h [cos (30 + ?) + cos (30 — ?)].
Производя необходимые тригонометрические преобразо-
вания, получаем
P^P2 = 3UpIpwsv.
Таким образом, сумма показаний ваттметров, включен-
ных по схеме Арона, равна мощности трехфазной цепи.
Совершенно аналогичным образом можно получить сумму
показаний ваттметров, включенных и по двум другим схе-
мам рис. 255.
Более детальное исследование этой схемы показывает,
что метод двух ваттметров применим при любой неравно-
347
мерности нагрузки. Единственным условием, которое дол-
жно иметь место, является отсутствие нейтрального про-
вода или заземления нейтрали на генераторном и приемном
концах.
Пользуясь уравнениями (62) и (63), показания ваттме-
тров можно представить в виде кривых рис. 257, где эти
показания выражены в процентах от произведения иг1г
в зависимости от сдвига фаз о. Кривая Р представляет
сумму этих показаний. Как видно из рис. 257, показания
ваттметров не всегда положительны. Так, при сдвиге фаз
? > 60° первый ваттметр начинает показывать в обратную
сторону, а при <?<—60°
Показания ваттметров 67°ом
Рис. 257. Кривые показаний ватт-
метров, включенных по схеме Арона.
в обратную сторону пока-
зывает второй ваттметр.
Для получения показаний
в этих случаях следует пере-
ключить направление тока
в одной из обмоток и по-
лученное показание вычесть
из показания другого ватт-
метра. В этом случае можно
воспользоваться переклю-
чателем в параллельной
цепи (см. § 132), имеющимся
почти у всех переносных
ваттметров.
Схема Арона, пригодная
в условиях любой нагрузки
равномерной и неравномер-
ной, не требующая обяза-
тельной симметрии напряжения, нашла огромное примене-
ние в технике измерения мощности и энергии. Особенно
важным ее преимуществом является ее простота, связан-
ная с применением всего двух ваттметров. К сожалению,
эта схема не может быть использована для измерений в че-
тырехпроводной цепи.
ТРЕХФАЗНЫЕ ВАТТМЕТРЫ
§ 150. Область применения. Метод двух ваттметров, как
уже указывалось, является совершенно точным методом
измерения мощности трехфазного тока при любой нагрузке
фаз и любой асимметрии напряжений и токов. Но его не-
достаток состоит в том, что он требует двух приборов и
при точных измерениях — двух человек для одновременного
отсчета. Кроме того, он позволяет лишь измерять мощность,
348
а не устанавливать определенную мощность, как это тре-
буется например при поверке трехфазных счетчиков. Ука-
занные обстоятельства особенно препятствуют применению
этого метода для щитовых приборов, где требуется, во-пер-
вых, экономия места на щите, и во-вторых, возможность
быстрого и безошибочного отсчета показываемых прибо-
рами величин. Кроме того, он совершенно неприменим для
самопишущих приборов, которые должны записывать одну
кривую, показывающую суммарную мощность трехфазной
цепи.
В виду этих обстоятельств широкое применение нашли
трехфазные ваттметры, показывающие непосредственно мощ-
ность трехфазной цепи.
§ 151. Принцип действия и погрешности. Трехфазный?
ваттметр является, по существу, суммирующим прибором,
состоящим из двух механически связанных, в электриче-
ском отношении самостоятельных и включенных по схеме
Арона, однофазных ваттметров.
Результирующий вращающий момент на оси прибора
равен сумме моментов обоих однофазных элементов, соот-
ветственно тому как трехфазная мощность выражается в виде
суммы:
Р = Л + Р2 = ЦаЛ cos (ЦЪ12) + 4cos (4Z/32).
Таким образом, показания трехфазного ваттметра про-
порциональны мощности трехфазной трехпроводной цепи
при любой нагрузке, так же как при методе двух ватт-
метров, если соблюдается условие: одинаковые мощности со-
здают в каждом элементе одинаковые вращающие моменты.
Трехфазный ваттметр подвержен тем же влияниям и
обладает теми же погрешностями, что и однофазный ватт-
метр (§ 135) и для их устранения могут служить средства,
применяемые в однофазных ваттметрах. Однако, в трех-
фазном ваттметре появляются две совершенно новые по-
грешности, присущие вообще только суммирующим или
многофазным приборам, а именно:
а) погрешность от влияния одного элемента на другой и
Ь) погрешность от неодинаковости характеристик мо-
ментов.
Ниже мы разберем эти погрешности и способы их ком-
пенсации, главным образом, для электродинамических и
ферррдинамических приборов.
а) Погрешности от влияния одного элемента
на другой. Так как в трехфазном ваттметре отдельные
элементы всегда расположены близко друг к другу, то по-
токи рассеяния одного элемента могут достигать рамки
349
второй системы. Возникающий вследствие этого дополни-
тельный момент, величина которого зависит от рода на-
грузки (cose? и неравномерность), может вызвать большую
погрешность. В этом нетрудно убедиться, если, пропуская
по обмотке одного из элементов нагрузочный ток /р к па-
раллельной обмотке второго элемента приложить напря-
жение при /3 = 0. В этом случае мощность равна нулю,
так как Ц2^0 и /3 = 0, между тем, прибор даст некото-
рое отклонение.
Более подробный разбор показывает, что дополнитель-
ный момент от взаимного влияния элементов равен нулю
при cos ? = 1 и любой нагрузке фаз, и наоборот, при лю-
бом cos?, но при равномерной нагрузке фаз; он появляется
только тогда, когда нагрузка неравномерна и cos? не равен
единице.
Компенсация погрешности, вызванной этим влиянием,
может быть достигнута либо введением магнитного экрана
между системами, не' допускающего проникновения потока
рассеяния одного элемента в область другого, либо при-
менением специальной схемы, отличающейся тем, что не-
генераторные концы параллельной цепи не присоединяются
непосредственно к средней фазе, как этого требует схема
Арона, а включаются через сопротивление г2 (рис. 262).
Величина сопротивления г2 должна составлять столько же
процентов от основных сопротивлений и г3, сколько про-
центов составляет момент взаимного влияния от основного
вращающего момента. Тогда в сопротивлении г2 протекае-
мым суммарным током параллельных цепей создается до-
полнительное падение напряжения, всегда уменьшающее
вращающий момент на столько же, на сколько взаимное
влияние между элементами его увеличивает.
б) Погрешность, обусловленная различием
в характеристиках моментов. В § 130 мы видели
(уравнение (53)), что вращающий момент ваттметра про-
порционален измеряемой мощности. Однако, это будет спра-
ведливо лишь при определенном положении-рамки, т. е.
при постоянном угле между плоскостями подвижной и не-
подвижной обмоток. При повороте же подвижной части,
постоянная С2 сама несколько изменяется; она зависит от
угла отклонения. Это обстоятельство отнюдь не снижает
точности ваттметров, оно только заставляет индивидуально
градуировать каждый прибор, так как при градуировке это
непостоянство С2 автоматически учитывается.
Если взять два ваттметра со шкалой в 1G0 делений, то
их шкалы не только будут не точно равномерны, но они
будут несколько отличаться друг от друга.
330
Предположим, что расстояние между точками U и 50
у первого ваттметра составляет 51%, а у второго 52% от
длины шкалы. Если мы теперь измеряющие механизмы
ьтих ваттметров механически сйяжем между собой и про-
градуируем при равномерной нагрузке, то очевидно, точку
50, соответствующую половине номинальной мощности по-
51 -f-52 г-, г-о/
лучим на расстоянии --------=51,5% от длины шкалы.
Однако, мы можем ту же мощность получить и при нерав-
номерной нагрузке, когда нагружен, например, только один
элемент. Очевидно, что в этом случае, смотря по тдму,
какой из элементов создает момент, получим либо 51° 0,
либо 52% полного отклонения.
Расхождение в 0,5% от точки, полученной при рав-
номерной нагрузке, является в этом случае уже неиз-
бежной дополнительной погрешностью трехфазногб ватт-
метра.
Погрешность от различия в характеристиках моментов
является самой существенной из погрешностей трехфазных
ваттметров, особенно 1 класса, и может быть устранена
только очень точной сборкой элементов и тщательной ре-
гулировкой их характеристик.
§ 152. Конструкции трехфазных ваттметров. Электро-
динамические трехфазные ваттметры изготовляются как без
железа, так и экранированные. Изготовляются также и фер-
родинамические трехфазные ваттметры.
Трехфазные ваттметры в конструктивном отношении
сильно отличаются друг от друга взаимным расположением
отдельных измеряющих элементов. По Зтому признаку раз-
личают три основные конструкции'трехфазных ваттметров.
Первая характеризуется тем, что оба элемента располо-
жены на одной общей оси, один над другим.
На рис. (258) изображено внутреннее устройство подоб-
ного трехфазного ваттметра фирмы Вестона. В виду нали-
чия двух элементов прибор получается сравнительно гро-
моздким.
Фирма'Вестон изготовляет трехфазные ваттметры как
в виде щитовых (рис. 258), так и в виде переносных прибо-
ров. Последние представляют собой экранированные при-
боры лабораторного типа и обладают большой точностью.
При второй конструкции два совершенно самостоятель-
ные механизма либо электродинамической, либо ферроди-
намической системы расположены рядом на одной общей
платте и связаны между собой ленточкой, охватывающей
два барабанчика, насаженные на оси механизмов.
351
рис. 258. Внутреннее устройство трехфазного
щитового ваттметра фирмы „Вестон*.
Рис. 259. Трехфазный ваттметр с двумя отдельными элементами, связан-
ными ленточкой.
неподвижные и подвижные обмотки, Ь—барабанчики, насаженное на оси *лсм<нтов,
с—бронзовая ленточка, d—фиксирующим ниш.
На рис. 259 схематически изображены две разновидности
этой конструкции. На рис. 259,а
кинута замкнутая лента. В этом
случае, во избежание недопусти-
мых натяжений, должен быть
допущен некоторый зазор в под-
пятниках, что с другой стороны,
приводит к некоторому мерт-
вому ходу и, следовательно, к до-
полнительной, погрешности.
В случае рис. 259,b ленточка
охватывает барабаны только с од-
ной стороны; пружинки каждого
механизма предварительно не-
сколько закручиваются в напра-
через барабанчики пере
злении, указанном стрелками, так
что ленточка при всех условиях
оказывается вытянутой, и тем
исключается мертвый ход. При
этом несколько возрастает боко-
вое трение в кернах.
Конструкция по рис. 259
довольно громоздка и непри-
годна для приборов f класса. Зато здесь возможно анало-
гичным образом связать три измеряющие механизма и,
Рис. 260. Трехфазный ваттметр
типа ФБСТ завода „Электро-
прибор".
Л1Д2—подвижны • обмотки, ВХВ*—не-
подвижные обмотки, о—(зужное
железное я <мо, b—нну1реннее желез-
ное ярмо, г—воздушный зазор, d—
прокладка из изоляционного мате-
рия <а.
Рис. 261. Конструктивное оформление трехфаз-
ного ваттметра типа ФБСТ завода „Электро-
прибор".
таким образом, получить ваттметр для измерения мощности
в четырехпроводной трехфазной цепи.
Третья конструкция заслуживает наибольшего внимания
благодаря ее компактности и простоте. Это достоинство
23 Зак. 3524. — Электроизмерительная техника.
достигается тем, что рамки Аи А2 (рис. 260) расположены
эксцентрично на одной и той же высоте по обе стороны от
оси О, причем только наружная сторона рамок, вращаю-
щаяся в концентричном воздушном зазоре С, является ак-
тивной. На рис. 261 показано конструктивное устройство по-
добного измеряющего механизма в применении к трехфаз-
Рис. 262. Схема внешних и внутренних соеди-
нений трехфазного ваттметра типа ФБСТ.
ному самопишущему ваттметру ОЛИЗа завода .Электро-
прибор".'
Одно наружное ярмо с неподвижной обмоткой и вну-
треннее ярмо сняты и изображены рядом. На рис. 262 изо-
бражена схема внутренних и внешних соединений этого трех-
фазного ваттметра. От обычной схемы Арона она отличается
во-первых тем, что негенераторные концы рамок соединены
в одну общую точку, так что вместо двух пружин требуется
354
только одна общая пружина 52, отводящая суммарный ток
параллельных цепей через компенсационное сопротивление
г2 (§ 151) ко второй фазе.
Генераторные концы рамок. имеют, во-первых, каждая
свою токоведущую пружину Sj и 53 и во-вторых, в противо-
положность тому, как это требуется в обычных ваттметрах,
добавочные сопротивления и г3 включены между гене-
раторными зажимами и рамками. Благодаря 'этому между
рамками и неподвижными катушками приложено полное на-
пряжение сети. Такое включение продиктовано не столько
желанием сэкономить четвертую пружину, сколько тем об-
стоятельством, что при нормальном включении добавочных
сопротивлений мы имели-
бы полное напряжение сети
между рамками. Так как
изоляция между рамками,
закрепленными на общей
оси, гораздо слабее, чем
изоляция между неподвиж-
ной катушкой и рамкой, то
появление напряжения меж-
ду последними оказывается
менее опасным. Электроста-
тическое же влияние в фер-
родинамическом приборе
отпадает, так как само же-
лезное ярмо, имеющее по-
тенциал пружины S2, слу-
жит электростатическим эк-
раном для рамки.
Индукционный трехфаз-
ный ваттметр не требует
Рис. 263. Трехфазный индукционный
ваттметр завода „Электроприбор".
здесь подробного изложения, так как он конструктивно от
однофазного ваттметра отличается только введением второго
вращающего элемента, что хорошо видно на рис. 263, а в
электрическом отношении аналогичен индукционным трех-
фазным счетчикам, подробно изложенным в следующем
разделе (§ 154).
ИЗМЕРЕНИЕ ЭНЕРГИИ ТРЕХФАЗНОГО ТОКА
§ 153. Измерение энергии в четырехпроводной цепи.
Выше мы познакомились с измерением мощности трехфаз-
ного тока методами одного, двух и трех ваттметров. Измере-
ние энергии трехфазного тока производится аналогичным
образом.
23* 355
В случае равномерной нагрузки фаз в четырехпроводной
цепи можно воспользоваться однофазным счетчиком, вклю-
чив его токовую обмотку последовательно в любую фазу,
а обмотку напряжения в ту же фазу и нулевой провод
(см. рис. 252).
Расход энергии трехфазной цепи за некоторое время
будет равен утроенной величине энергии, учтенной счетчи-
ком за то же время. Впрочем, чтобы избавиться от необхо-
димости умножения показаний
счетчика на 3, можно коэфи-
циент 3 ввести в передаточное
число счетного механизма счет-
чика при изготовлении послед-
него так, чтобы последний пока-
зывал сразу полный расход энер-
гии цепи. При неравномерной
нагрузке фаз этод метод изме-
рения электрической энергии
непригоден. В этом случае можно
воспользоваться тремя одно-
фазными счетчиками энергии:
будучи включенными по одному
в каждую из 3 фаз цепи (рис. 253),
эти счетчики учтут расход энер-
гии Wlt W2, IF3 в соответству-
ющих фазах, а сумма их показа-
ний определит полную энергию
3-фазной цепи за время t.
Безусловным достоинством
такого способа измерения яв-
ляется соответствие измеряемой
каягдым счетчиком энергии дей-
ствительному потреблению ее
в данной фазе, и суммы пока-
Рис. 264. Трехэлементный трех- заний трех счетчиков — суммар-
дисковый ФИРМЫ ному расходу ее в цепи, незави-
симо от режима последней; эти
показания верны при любой на-
грузке фаз, даже при отсутствии симметрии напряжения,
при любом сдвиге фаз между током и напряжением в лю-
бой фазе. Однако, в большинстве случаев, учет энергии
в отдельных фазах интереса не представляет. В этом случае
удобнее,. конечно, отсчет по трем различным приборам
с последующим сложением полученных величин заменить по-
казаниями одного прибора. Для эт'ой цели в сети трехфаз-
ного тока с нулевым проводом служит трехэлементный счет-
356
чик. Наиболее употребительные счетчики представляю! со-
бой комбинацию из трех счетчиков в одном корпусе. Три
вращающих элемента воздействуют на два или на три алю-
миниевых диска, насаженных на одну'длинную ось, приво-
дящую в движение один общий счетный механизм. Враща-
ющий момент такого счетчика складывается из вращающих
моментов трех элементов, включенных каждый в соответ-
ствующую фазу четырехпроводной сети и пропорциональ-
ных мощности этой фазы, так что суммарный вращающий
момент пропорционален мощности четырехпроводной цепи.
Поэтому полное число'оборотов якоря, или, другими сло-
вами, показание счетного механизма, будет пропорциональ-
но полной энергии трехфазного тока.
На рис. 264 изображен трехэлементный трехдисковый
Ьчетчик фирмы АЭГ.•
§ 154. Измерение энергии в трехпроводной цепи. На
практике измерение электрической энергии в.трехпровод-
ной рети производится одним двухэлементным счетчиком.
В таком счетчике два само-
стоятельных движущих э^е-
мента воздействуют на один
или два диска, сидящих на
одной оси, сцепленной с од-
ним счетным механизмом. Как
и в случае двухэлементного
ваттметра (§ 152), вращающий
момент счетчика D склады-
вается из вращающих момен-
тов Dx и D.2 обоих элементов:
D = Dy 4- D2,
а счетный механизм счетчика
учитывает энергию:
W = W\ 4~ 1^2* Рис. 2^5. Трехфазный индукцион-
ный счетчик типа И завода »Эле-
Как и при измерении мощно- ктроприбор".
сти, счетчики по схеме Арона
пригодны для измерения энергии при равномерной и нерав-
номерной нагрузке фаз, при любой асимметрии — вообще
при любом режиме трехпроводной трехфазной цепи. Однако,
в двухэлементном однодисковом счетчике (рис. 265) сказы-
вается искажающее влияние обоих движущих элементов друг
на друга. Токи, индуктируемые в диске одним элементом,
растекаясь по диску и попадая в сферу действия магнитных
потоков другого элемента, взаимодействуют с ними, созда-
рая дополнительные вращающие и тормозящие моменты
357
в счетчике. Вредное влияние на работу счетчиков оказывают
также те части магнитных потоков, которые пронизывают
диск, минуя ме>кдужелезные зазоры (потоки рассеяния).
В этих счетчиках, отрегулированных при определенном
порядке следования фаз, изменение этого порядка искажает
показания счетчиков, внося в них при малых нагрузках по-
грешности, доходящие до 20 — 30%. В таких счетчиках при-
ходится тщательно продумывать конструкцию, расположе-
ние элементов друг относительно друга, порядок регулиро-
вания, вносить в них дополнительные приспособления, ком-
пенсирующие эти вредные влияния. И все же, лучше всего
следить на линии при включении этих счетчиков за прави-
льным порядком следования фаз, производя включения по
схемам, приложенным к счетчикам.
Совершенно свободны от влияния порядка следования
фаз двухэлементные двухдисковые счетчики, у которых ка-
ждый элемент воздействует на отдельный диск.
Вместо одного двухэлементного счетчика в трехпрово^-
ную цепь можно включать два однофазных счетчика по
схеме Арона. В этом случае, однако, неизбежна некоторая
небольшая погрешность, связанная *с тем, что при сдвигах
фаз между током й напряжением, не превышающих 30°
(cos больше 0;866), один из счетчиков, а именно, включен-
ный в фазу 3, будет работать при емкостном сдвиге (ток
опережает напряжение) в то время, как регулировка счет-
чиков обычно производится при индуктивном сдвиге фаз
при cos<p=?=0,5.
Кроме того, при cos ф< 0,5 один из счетчиков будет
вращаться в обратную сторону (ср. § 149), тогда как момент,
компенсирующий трение, не может изменить знака; благо-
даря этому, вместо компенсации трения компенсирующий
момент будет складываться с моментом трения и вызовет
дополнительную погрешность.
Принципиально не отличающиеся от отнофазных счет-
чиков энергии, трехфазные счетчики подвержены, влияниям
тех же внешних факторов, что и первые. Сюда относятся
изменения температуры, напряжения, частоты и сдвига фаз.
По ОСТ 6225 все ограничения погрешности счетчиков от
этих влияний, приведенные нами выше для однофазных
счетчиков, распространяются и на трехфазные счетчики.
В отношении последних ОСТ допускает увеличение погреш-
ности от неравномерности напряжения, достигающей z+z 5% от
номинального значения напряжения не больше чем на z+z 4%.
Погрешность этих счетчиков при неравномерной нагрузке
фаз не должна превышать z+z 3, 5% в любой точке нагрузоч-
ной кривой от 10% до 125% от номинальной нагрузки.
358
ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОВТОРЕНИЯ И ЗАДАЧИ
1. Ваттметр на 150 V, 5 А, 150 делений включен по схеме
рис. 254. Показание его — 53 деления. Какова мощность
трехфазной цепи?
2. Определите показания ваттметров по схеме рис. 255
при ср =. 30°, 60°, 90°.
3. Какие дополнительные погрешности возникают в трехфаз-
ных ваттметрах?
4. Можно ли пользоваться двумя однофазными счетчиками
для измерения энергии трехфазного тока? Какие дополни-
тельные погрешности при этом возможны?
5. Почему двухдисковый двухэлементный трехфазный счет-
чик точнее однодискового?
ГЛАВА XIII
ИЗМЕРЕНИЕ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ И ЭНЕРГИИ
ИЗМЕРЕНИЕ В ЦЕПИ ОДНОФАЗНОГО ТОКА
§ 155. Активная и реактивная мощность. Полезная
электрическая энергия, поглощаемая в приемниках электри-
ческого тока пропорциональна активной мощности электри-
ческой цепи:
p~UI cos ср.
Потребитель знает только этот вид энергии: ваттметры
показывают активную мощность в его цепи, счетчики учи-
тывают расход активной энергии в ней, за эту необходимую
ему и использованную им энергию он и расплачивается по
установленному тарифу. Но интересы производителя элек-
трической энергии — электрической станции — отнюдь не
ограничиваются этим видом энергии. Станция заинтересована
не только в отпуске определенного числа киловатт мощ-
ности или киловаттчасов энергии, но и в расходовании их
при возможном большем коэфициенте мощности cos ср.
Действительно, если источник электрической энергии на
станции — генератор — рассчитан на номинальную силу тока
в 2000 А при напряжении в 6000 V, то при отсутствии
сдвига фаз между током и напряжением этот генератор
смог бы отпустить потребителю мощность 2000 X 6000 =
= 12 000 kW, а при сдвиге фаз в 30° (cos ср = 0,866), тот же
генератор будет обладать мощностью лишь в 10 400 kW
при той же силе тока 2 000 А, больше которой получить
нельзя из-за чрезмерного нагрева обмоток машины. Таким
образом, из общей мощности генератора в 12 000 kW ис-
пользуется только 86,6%- Остальная мощность бесполезно
циркулирует в линии между станцией и потребителем в
виде реактивной мощности, увеличивая лишь потери в
линии из-за дополнительного нагрева проводов.
Так как величина cos ср зависит только от характера на-
грузки, создаваемой потребителем, то для того, чтобы за-
ставить его улучшить условия работы сети путем возмог
360
ного увеличения коэфициента мощности, станция стремится
заставить его платить, хотя и по другому, более дешевому
тарифу, за создаваемую по его вине, реактивную мощность
в сети.
Если напряжение се,ти представить в виде вектора U
(рис. 266), а силу тока 7 в виде вектора, отстающего от U
на угол ©, то 7 можно рассматривать как равнодействую-
щую двух векторов: одного 1а, направленного вдоль U
(совпадающего с ним-по фазе) и другого 1Г, перпендику-
лярного к нему:
Ia = I cos <р
1Г = I sin <р.
Мощность электрического тока:
Pa = UI cos *=UIa.
Таким образом, мощность пере-
менного тока можно рассматривать
как произведение напряжения U на' Рис 2бб. Активяая и ре.
’Составляющую СИЛЫ тока /„. 1а назы- активная составляющие
вается активной составляющей тока I, переменного тока,
a Pa — UIa— активной мощностью
электрического тока. 1Г называется реактивной составляю-
щей силы тока, а выражение Pr — UIr = UI sin © известно
под названием реактивной мощности.
Очевидно, при сдвиге фаз © — 0:
U
Pa = UI cos =
Pr — UI sin © = 0.
В случае, если бы в цепи создался сдвиг фаз <? — 90°, то:
Pa = UI cos 90° = 0
Я =777 sin 90° = 77/.
§ 156. Ваттметр реактивной мощности. Для измерения
реактивной мощности при помощи электродинамического
ваттметра необходимо, чтобы его вращающий момент был
пропорционален величине Рг:
D = КЩ sin <?. (64)
361
между тем, как мы выдели, вращающий момент электродина-
мического ваттметра выражается уравнением (см. § 130):
D = clxy cos (/„ /2), (65)
где Д — ток в последовательной цепи,
/2— ток в подвижной катушке.
Чтобы выражения (64) и (65) были тождественны необ
ходимо, чтобы:
£/1,/2 = 90°-ф.
тогда
cos (/i,/2) = cos (90° — <р) = sin <р
Рис. 26/. Схема параллельной цепи ваттметра реактив-
ной мощности.
Другими словами, при ® = 0 сдвиг между Д и /2 должен
быть равен 90°. Для этого нужно, чтобы ток в подвижной
катушке отставал от напряжения, приложенного к парал-
лельной цепи на 90°.
Этого можно достигнуть различным способом. На рис. 267
показана схема параллельной цепи ваттметра реактивной
мощности, в которой этот сдвиг осуществляется при по-
мощи конденсаторов Сг и С2. Такой ваттметр часто назы-
вается синусным.
Подбором емкости конденсаторов и величины сопротив-
лений получают необходимый 90°-ный сдвиг между током
в подвижной катушке /2 и напряжением U, приложенным к
параллельной цепи. В этом случае вращающий момент ватт-
метра будет равен:
D — CUI cos (90°-|-о)=—UI sin ®.
Чтобы стрелка 'ваттметра отклонялась в положительную
сторону, концы подвижной катушки переключены.
К сожалению, такой ваттметр пригоден для измерения
лишь при той частоте, при которой он градуировался, так
362
Замеченная опечатка
Стр. Строка Напечатано Должно быть
363 7 сверху равен cos<p равен sin?
Зак. 3924. Арутюнов. Электроизмерительная техника.
как при других частотах изменится сдвиг между /2 и U и
показания ваттметра будут неверны.
§ 157. Счетчик реактивной энергии. Вращающий момент
индукционного счетчика пропорционален синусу угла между,
потоками Ф/ и Фг. Если бы эти потоки при ? = 0 совпадали
по фазе или были бы сдвинуты друг относительно друга
на 180°, то sin Ф был бы равен cos <?, и вращающий момент
такого прибора можно было бы изобразить в виде:
D = CUI sin ?.
Рис. 268. Диаграмма
синусного счетчика.
Таким образом, в синусном счетчике
перед нами стоит задача либо умень-
шить угол р 'между напряжением U и
его потоком Фг до их совпадения, либо
увеличить угол р до 180°, или наконец,
уменьшив по возможности угол р между
U и Фг создать одновременно сдвиг фаз
между током I и потоком Фг в после-
довательной обмотке прибора так, чтобы
при ф = Фг совпало бы с Ф/(рис. 268).
Первые два способа принципиально
неосуществимы, поэтому остается тре-
тий путь. Увеличение сдвига между
I и Ф/ достигается с помощью одного или нескольких ко-
ротко замкнутых витков, помещаемых‘на пути потока Ф/, а
угол р уменьшается частично за счет уменьшения числа
витков катушки напряжения, а частично за счет уничтоже-
ния искусственного разветвления магнитного потока на ра-
бочий и нерабочий потоки, приводящие в счетчике актив-
ной энергии к увеличению сдвига р между рабочим пото-
ком и напряжением U. Такой синусный счетчик, включен-
ный в сеть, как обыкновенный счетчик, будет, непосред-
ственно учитывать реактивную энергию в однофазной цепи
переменного тока. При емкостном сдвиге фаз в цепи (век-
тор тока опережает вектор напряжения), поток Ф/ будет
опережать поток Фг, и в приборе сохранится то же напра-
вление вращения, что и в подобном ему счетчике активной
энергии. Наличие, индуктивного сдвига фаз в цепи сместит
поток Ф/ по отношению к Фг в сторону отставания, и вра-
щающий момент прибора изменит свое направление. Для
того, чтобы подвижная часть прибора при индуктивном
сдвиге не вращалась в обратную сторону, необходимо пере-
ключить у него концы катушки тока или напряжения.
Тогда сдвиг между потоками будет близок к 180°. В цепи-
всегда возможно изменение характера сдвига фаз и, следо-
363
вательно, направления вращения счетчика. Поэтому счетный
механизм счетчика реактивной энергии снабжается стопор-
ными приспособлениями, не допускающими вращения счет-
чика в обратную сторону.
ИЗМЕРЕНИЕ В ЦЕПИ ТРЕХФАЗНОГО ТОКА
§ 158. Реактивная мощность трехфазной цепи. Измере-
ние реактивной мощности и энергии имеет важное значение
в трехфазных системах. Реактивная мощность трехфазной
Рис. 269. Схема измерения реактивной мощ-
ности методом одного, ваттметра.
цепи складывается из реактивных мощностей в трех фазах
этой системы:
Р, = Pri + Р,2 + Ргз — Ц</ 1 sin -|- £720/2 sin ®2 -f- U3OI3 sin ®3.
В случае равномерной нагрузки фаз:
Цо ^20 = Узо —
?1 = % = ®3 = %
и Pr = 3Prp = 3UpIp sin <?р = УЗ UJl sin ®р,
где ip, Up — фазные ток и напряжение,
а Ut — линейные ток и напряжение.
§ 159. Схема ваттметра с переключенной параллельной
обмоткой. Для измерения реактивной мощности в трех-
фазной цепи можно воспользоваться ваттметром активной
мощности, включив его так, как это показано на рис. 269.
Действительно, рассматривая диаграмму рис. 256, мы
видим, что сдвиг между током и напряжением U23 соста-
вляет 90° — ®р. Поэтому показание ваттметра будет:
Р= U23Ii cos (90 —®у) = U23IX sin
§64
Рис. 270. Схема двух ваттметров
с искусственной нейтральной точкой.
При полной симметрии:
Р= V^U^sin^.
Поэтому для получения реактивной мощности в этом
случае показание ваттметра нужно умножить на К 3:
Рт = /1 • Р.
§ 160. Схема с искусственной нейтральной точкой. Из-
мерение реактивной мощности в трехпроводной цепи трех-
фазного тока возможно с
помощью двух ваттметров
активной -мощности по
схеме рис. 270. Для этого
последовательная обмотка
ваттметра Wx, включена в
проводи 1, а ваттметра IF2
в провод 2. Генераторный
конец параллельной об-
мотки ваттметра UZ2 вклю-
чен в провод 1; параллель-
ная обмотка ваттметра W\
негенераторным концом
присоединена к проводу 3.
Свободные концы тех же
обмоток обоих ваттметров
(негенераторный конец у
ваттметра UZ2 и генераторный—у ваттметра UZt) соединены
в общую точку О. К этой же точке подведен конец сопро-
тивления г, включенного другим своим концом в провод 2.
Сопротивления каждой из параллельных обмоток ватт-
метра и ,балластного“ сопротивления равны между собой,
так что искусственно созданная точка О играет роль ней-
тральной точки трехфазной системы.
Мощность /-*!, учитываемая ваттметром W\, зависит от
силы тока Д в его последовательной цепи, от напряжения
U03 на концах его'параллельной обмотки и от?', где <?'—
сдвиг между Д и U03.
Л = Ц)зЛ cos <р'.
Точно так же
Р2 = Цо4 COS
где »" — угол между /3 и (7]0.
Согласно векторной диаграмме рис. 256:
Pi = ^озЛ cos (60—
^2 = cos (120-?Р)
365
при полной симметрии:
и
Поэтому
и10=и20=и30=ир
Pl = C0S (6° —?;>)
Р2 = Uplp cos (120 — ®р.
Pt + Р2 = UPIP [cos (60 — <?,) + cos (120 — ?,)] = UpIp V3 sin <?,.
Рис. 271. Схема Бергтольда.
Так как выражение для Pj-|-P2, полученное при вклю-
чении ваттметров и W2 по схеме с искусственной ней-
тральной точкой меньше, чем Рг в ]/3 раз, то при изме-
рении реактивной мощности Рт по этой схеме нужно сумму
показаний ваттметров Pj+P2 умножить на ]/3:
рг = (Л+р2)/з.
Измерения по схеме рис. 270 будут правильны и при
неравномерной нагрузке фаз. Зато асимметрия напряжений
вносит заметные искажения в показания приборов.
§ 161. Схема Бергтольда. Стремление к упрощению кон-
струкции счетчиков реактивной энергии в трехфазной цепи
нашло свое отражение в двухэлементных счетчиках по
схеме Бергтольда (рис. 271). Завод „Электроприбор" вы-
пускает однодисковые двухэлементные счетчики по этой
схеме (тип ИР).
По своему построению они подобны двухэлементным
счетчикам активной энергии по схеме Арона (тип И), но на
их токовых сердечниках расположены не две обмотки, а
366
три, причем одна катушка, включаемая в 1 фазу сети, На-
сажена на один отросток Сообразного сердечника после’
довательной цепи первого
вращающего элемента счет-
чика, другая такая же ка-
тушка сидит на отростке та-
кого же сердечника во вто-
ром элементе и включена в
3 фазу сети,, а третья ка-
тушка, разделенная на две
обмотки, расположена .на
двух свободных отростках
обоих сердечников в первом
и втором движущих элемен-
тах счетчика так, что на-
правление тока в ней об-
ратно направлению токов
в двух первых.
Вращающий момент Dr и
каждого движущего
элемента состоит из двух
вращающих моментов:
Рис. 272. Диаграмма к схеме
рис. 271.
cos cU^ cos (С^з^),
Z)2 — cU3 cos (t712^3) 12^2 cos (i/12/2)
и согласно векторной диаграмме (рис. 272)
= сЦзЛ cos (90° — cos (30 + ©р)
Z?2 = cUxJz cos (90° — <ря) — cos (150 4- <pp).
Произведя соответствующие тригонометрические упро-
щения, получим:
D = Dx + D2 = сиг1г [sin — cos (30 4~ + sin vp 4- cos (30 4~
+ ?,)] = sin vp = сУз • УЩЦ sin = c/3P,.
Счетчик типа ИР, таким образом, показывает в ]Лзраз
большую реактивную энергию, чем ato следует. Поэтому
в передаточное число счетного механизма, при конструиро-
вании последнего, внесен коэфициент-у—1.
Схема Бергтольда пригодна для измерения энергии и
при неравномерной нагрузке фаз, но обязательно при сим-
метрии напряжений и требует соблюдения порядка следо-
вания фаз при включении счетчиков в сеть.
367
ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОВТОРЕНИЯ и ЗАДАЧИ
1. Почему от потребителя требуют работы при больших зна- чениях COS (р?
2. 3. Как устроен синусный ваттметр? Определите показание ваттметра в схеме рис. 269 при <р = 4" 60° и <р = — 60°.
4. Определите показания ваттметров в схеме рис. 270 при ? = _рзо°, 4-бо° и —зо°.
ГЛАВА XIV
ИЗМЕРЕНИЕ КОЭФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ
КОСВЕННЫЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ
§ 162. Значение коэфициента мощности. Как было по
казано в § 155/коэфициент мощности электрической уста*
новки, машины или агрегата, т. е. отношение активной
мощности к произведению из силы тока на напряжение
(кажущаяся мощность), играет весьма существенную роль.
Он характеризует собой степень загруженности машины
и ее использования; он дает энергетический коэфициент
полезного действия. Чем-выше коэфициент мощности, тем
больше полезная мощность, отдаваемая машиной, тем меньше
потери.
Правильно организованный контроль величины коэфи-
циента мощности дает возможность полнее и экономичнее
использовать энергетические запасы. Даже небольшое
сравнительно повышение cos?, наряду с техническим улуч-
шением условий работы агрегатов, часто приводит к весьма
значительной экономии. Вредность низкого cos? побудила
хозяйственников повести решительную борьбу с плохим
cos?.
Для измерения коэфициента мощности применяются как
косвенные методы, так и приборы с непосредственным
отсчетом — фазометры. Большое разнообразие и тех и других
привело к тому, что здесь рассматриваются лишь те методы
и приборы, которые имеют наибольшую ценность и получили
широкое распространение.
§ 163. Измерение cos ? в цепи однофазного тока. Самым
простым методом определения cos? является метод вольт-
метра, амперметра и ваттметра. По показаниям вольтметра
и амперметра можно вычислить кажущуюся мощность UL
Измерив мощность Ра при помощи ваттметра, можно’опре-
делить cos ? из формулы:
COS? = -^-
24 Зак. 3924.—Электроизмерительная техника.
36S
Этот метод дает довольно хорошие результаты при
cos? ниже 0,8н-0.9, но он не пригоден при cos?, близком
к единице. Это легко видно из численного примера. Пусть
мы. определили cos? = 0,99 с точностью до ±0,01. Следо-
вательно, мы имеем два возможных значения cos ?: 0,98 и 1,0.
Эги значения соответствуют углам ? = 11° и?=^0°.Между
тем, cos? =5= 0,99 соответствует углу 8°.
В таких случаях гораздо точнее определить cos? методом
двух ваттметров: одного для активной мощности и другого
для реактивной. Измерив таким образом активную и реак-
тивную мощность, определяем tg? по формуле:
и (66)
Ра UI cos? 1 '
Зная tg?, легко рассчитать ?, и следовательно, cos?.
§ 164. Измерение коэфициента мощности в цепи трех-
фазного тока. Метод измерения активной и кажущейся
мощности здесь поименим только при полной ^симметрии
и равномерной нагрузке. Измерив линейное напряжение иг и
линейный ток/г, получим кажущуюся мощность: P=V- 3
Активную мощность Ра можно измерить любым из мето-
дов, указанных в глава XI. Тогда получим cos ? по формуле:
Р Р
cos ? = -ь- = —------.
р /3 utit
Второй метод также пригодный лишь при полной сим-
метрии токов и напряжений основан на измерении мощности
двумя ваттметрами по схеме Арона.
Как это было показано в § 149, показание первого
ваттметра, включенного между фазами 1 и 2, равно:
P^U^ cos (30 + ?).
Показание второго ваттметра, включенного между фазами
3 и 2, будет:
P2 = UlIl cos (30 — ?).
Пользуясь известными тригонометрическими формулами,
получаем соответственно:
P1 = Ulll (cos 30 cos? — sin 30 sin?)
P.2=UlIl (cos 30 cos? + sin 30 sin?).
370
Определяя отсюда разность и сумму показаний ваттмет-
ров, находим:
Р2 — Pi = 2 UJi sin 30 sin ©
Р2 ~\-Рх = 2 UJi cos 30 cos ©.
Если теперь разделить однр уравнение на другое, то
получим:
Р2 — Рг 2 UlIl sin 30 sin©
Р2 + Pi 2 cos 30 cos © ’
Отсюда можно легко найти:
Уз
te-ф — sin? — р2 —A cos 30 _ Р2 — Р, 2
cos© Ро + Р, ’ sin 30 P» + P1 1
2
ИЛИ
tg? = V3-^-^-. (67)
По величине tg? нетрудно найти ср, а затем и cos?, tg?,
рассчитанный по формуле (67) может быть как поло-
жительным, так и отрицательным. Положительный знак tg?
означает индуктивную нагрузку, отрицательный—емкостную.
При этом, однако, обязательно, чтобы была соблюдена по-
следовательность фаз.
Третий, наиболее совершенный метод, основан на изме-
рении активной (рис. 255) и реактивной мощностей трех-
фазной цепи по схеме рис. 270.
Этот метод требует только симметрии напряжений
и дает среднее значение tg ? при любой нагрузке фаз по
формуле:
tg?=-^-
а
При асимметрии и токов и напряжений коэфйциент мощ-
ности можно определить, измерив реактивную мощность
трехфазной цепи двумя однофазными реактивными (синус-
ными) ваттметрами, включенными по схеме Арона, и актив-
ную— методом двух активных ваттметров, также включен-
ных по схеме Арона.
Все косвенные методы измерения коэфициента мощности
Обладают тем недостатком, что для измерения необходимо
иметь минимум два прибора и что для получения cos?
"нужно проделать некоторые вычисления. Последнее особенно
нежелательно в эксплоатационных условиях, где обслужи-
24* 371
бающий персонал должен наблюдать за состоянием элек-
трической цепи непрерывно.
В связи с этим часто применяются приборы, позволяю-
щие отсчитывать cos<? непосредственно по шкале. Такие
приборы называются фазометрами.
ФАЗОМЕТРЫ
§ 165. Теория однофазного электродинамического фазо-
метра. В § 163 мы видели, что угол сдвига можно опреде-
лить по величине отношения
реактивной мощности к актив-
ной. Это отношение мы вы-
нуждены были рассчитывать
Рис. 273. Схема внутренних и Рис. 274. Принципиальное устрой-
внешних соединений однофазного ство однофазного фазометра,
фазометра.
по показаниям двух ваттметров, а затем определять cos ср.
Было бы проще и удобнее, если бы это отношение указы-
валось непосредственно одним прибором. Подобные при-
боры— логометры, измеряющие отношение двух величин,
мы встречали и раньше (см. например § 100, а также § 114).
Рассматривая магнитоэлектрический логометр, можно уста-
новить, что логометр отличается от обычного магнитоэлек-
трического миллиамперметра тем, что он имеет вместо
одной две скрещенные рамки, ток к которым подводится
не через пружинки, а через специальные безмоментные
подводки.
Этот прибор измеряет не силу тока, а отношение двух
372
рамками и «тремя без-
Рис. 275. Векторная диа-
грамма однофазного фазо-
метра.
токов, тем самым заменяя два прибора и два измерения.
В полной аналогии можно построить прибор, измеряющий
отношение двух.мощностей, если положить в основу вместо
магнитоэлектрической системы электродинамическую, выпол-
няя ее также с двумя скрещенными
моментными подводками.
На рис. 273 показана схема
внутренних и наружных соедине-
ний, а на рис. 274 расположение
катушек фазометра.
Фазометр состоит из двух под-
вижных катушек и /С2", жестко
связанных между собой под углом
9Q°. Одна из катушек включена по-
следовательно с активным сопро-
тивлением г и поэтому ток /2'
в ней совпадает по фазе с напря-
жением U (рис. 275). Вторая ка-
тушка /С2" включена последова-
тельно с реактивной катушкой L и
трк /2" в ней отстает по фазе от
напряжения U почти на 90°. На
рис. 273 стрелками обозначены на-
правления токов в некоторый мо-
мент времени. Подвижные катушки
вращаются в поле неподвижной
катушки Ki (рис. 274), создающей
практически однородное поле. Они
включены таким образом, чтббы возникающие в них вра-
щающие моменты были направлены навстречу друг другу.
Вращающий момент, возникающий в рамке можно
определить, пользуясь основным уравнением электродина-
мического прибора (см. § 35).
Cj /j/2 cos (7^/2 )
или
D, = с'Ц U cos <р = с'Ра.
Другими словами, вращающий момент рамки К* про-
порционален активной мощности.
Аналогично этому находим:
cos (1^1^) = с" Ци cos (90 — ф)
или
D2 = ^Pr
т. е. вращающий момент рамки К%, направленный навстречу
Моменту Dp пропорционален реактивной мощности.
373
Предположим теперь, что совпадает по фазе с Ц
нагрузка в сети чисто активная, Рг = 0, тогда Р2 = 0, и на
подвижную часть действуй только момент Dlf под влия-
нием которого она примет такое положение, чтобы плос-
кость рамки К% совпала с плоскостью неподвижной
катушки Кх. При этом стрелка займет положение, соответ-
ствующее ф = 0 (рис. 274).
Другой крайний случай соответствует ф = 90°, при котором
имеем: Ра = 0 и £\ = 0.
В этом случае рамка под действием момента Z)2, по-
вернется и расположится параллельно с неподвижной
катушкой. Стрелка примет положение ф==90°:
Рассматривая третий характерный случай, когда ф = 45°,
имеем:
Pa = Pr, D^D..
Рамки примут среднее (симметричное) положение по
отношению к неподвижной катушке, а стрелка установится
в середине шкалы, вдоль оси неподвижной катушки.
Если считать поле внутри неподвижной катушки одно-
родным, то можно легко получить полную математическую
зависимость между углом отклонения а и углом сдвига ф.
Действительно, согласно вывода, приведенного в § 100, момент,
действующий на подвижные рамки, пропорционален косинусу
угла между силовыми линиями и плоскостью рамки. Для
рамки этот угол равен углу отклонения а, а для рамкр
равен 90 — а.
Отсюда получаем:
= с/ U/r cos с? cos (90 — а) = г/ t/Д cos ф sin а — с/ Ра sin а
D2 = с2 иЦ sin ф cos а = с/ Pr cos а.
Для положения равновесия, характеризующегося усло-
вием D1 — D2, получаем:
/ Г» . / п Sift а 6’/ Рг с* иц sin ср
с/ Рп sin а = с2 Pr cos а или —гтт1-— •
1 а 2 r COS а Ра CX'UIVCQSO
Так как
sin а , Pr UI. sin ср
------------ = tg а, а = -ту—,—— = tg о,
cos а-Ра 1УЦ cos ф
получаем:
tg« = -77- tg?.
cl
(68)
374
В случае равенства постоянных г/ и г/, уравнение (68)
переходит в уравнение
а ~ Z)
Следовательно, угол отклонения а будет непосредственно
равен измеряемому углу сдвига фаз между током Ц и на-
пряжением U.
В действительности всегда будет иметь место ряд от-
ступлений от рассмотренных идеальных условий; так напри-
мер, угол между U и //, из-за наличия активного
сопротивления в цепи индуктивности Z, не будет равен
90°, как было принято на рис. 275, а несколько меньше.
Здесь мы уже не можем так просто, как в уравнении (68 »
написать зависимость между а и ср, однако, для правильной
работы фазометра отнюдь не требуется прямой зависимости
между а и требуется лишь, чтобы а зависело только
от ср, а не от силы тока и напряжения. Последнее же
условие всегда имеет место, если отсутствует механический
противодействующий момент. Это при равенстве DV = D2
привадит к сокращению величины 77/, и кроме постоянных
(г/, с%' и др.) в уравнении остаются только а и я. Это
значит,’ что угол отклонения зав.исит исключительно от
сдвига фаз и не зависит от U\ilv Более сложная зависимость
между а и ср не нарушает работы фазометра, она лишь
изменяет характер шкалы; правильным, подбором угла
между токами // и //, угла между плоскостями рамок,
а также постоянных £/ и г/ всегда можно добиться
желаемого характера шкалы.
§ 166. Трехфазный электродинамический фазометр.
В трехфазном фазометре необходимый сдвиг между токами//
и Цт создается не искусственно — при помощи, индуктив-
ности, а включением рамок через активные добавочные
сопротивления г' и г" к разным фазам трехфазной цепи
(рис. 276). Пользуясь обозначениями рис. 274 и 277, получаем
уравнения для вращающих моментов:
£)1 = сх cos (30 ср) • sin а
О2 = с2 иг1х cos (30 — ср) • cos а,
где
77; = 7712 — 7713.
При равновесии = D%, поэтому:
___ cos (30 — ср)
а cos (30 4~ ?)
375
Отклонение стрелки, как и следовало ожидать, зависит
только от угла сдвига ©. При расположении стрелки отно-
сительно рамок, согласно рис, 274, отметка cos? = l полу-
чается в середине шкалы, a cos? = 0,5, соответствующий
индуктивной и емкостной нагрузкам, по краям 90-градусной
шкалы. При другом расположении стрелки можно получить
шкалу 0—1, а не 0,5—1—0,5.
Трехфазный фазметр дает правильные показания только
при симметрии напряжений и измеряет при этом угол сдвига
между током Ц и фазовым напряжением Цо.
Рис. 276. Схема трехфазного фазо-
метра.
Рис. 277. Векторная диаграмма
трехфазного фазометра.
§ 167. Ферродинамические фазометры. В обычном
ферродинамическом ваттметре мы имеем равномерный воз-
душный зазор между железным ярмом и сердечником,
что дает независимость вращающего момента от угла откло-
нения. В измерителе отношен л, как известно (см. § 100), не-
обходимо, чтобы вращающий момент изменялся с углом
отклонения, без этого не может быть устойчивого равно-
весия. В электродинамическом фазометре вращающий момент
изменяется, как мы видели, по закону косинуса угла между
катушками. Чтобы в ферродинамическом фазометре полу-
чить подобные соотношения моментов, придают железному
ярму а (рис. 278) специальную форму. Воздушный зазор,
376
в середине наименьший, плавно расширяется к краям.
Напряженность поля при этом в середине максимальна
и, по меое приближения к краям, медленно уменьшается
и становится равной нулю.
С некоторым приближением здесь применимы те же
формулы, как в электродинамическом фазометре. Преиму-
щество ферродинамичёского фазометра перед электродина-
мическим заключается в повышенном вращающем моменте
ферродинамического фазометра.
и меньшем влиянии внеш-
них магнитных полей.
Принципиальное устрой-
ство ферродинамического
трехфазного фазометра
показано на рис. 278.
Возможность точного
измерения, коэфициента
мощности или угла фаз
практически ограничена
двумя обстоятельствами:
во-первых, неопределен-
ностью величины-^ при не-
синусоидальной форме
кривой переменного тока
и, во-вторых, неполной
симметрией токов и на-
пряжений при трехфазном
токе. Учитывая это,
ОСТ 5236 не предусма-
тривает фазометров I класса, а только II и III классов, до-
пуская для них максимальную погрешность в два угло-
вых градуса при нагрузке от 20 до 100% номинального
тока.
Уложить электродинамические и ферродинамические
фазометры в эту заданную точность не встречает затрудне-
ний. Для обеспечения независимости показаний от силы
тока до 20% номинального требуется только, чтобы прибор
был действительно измерителем отношения, т. е. чтобы
отсутствовали какие бы то ни было механические.противо-
действующие моменты. Это достигается хорошим уравнове-
шиванием прибора и применением очень тонких подводок,
например, из серебряной фольги.
В однофазных и комбинированных фазометрах, имею-
щих реактивные катушки или конденсаторы для создания
сдвига, неизбежно сильное влияние частоты, вследствие
r 1
изменения величины « 4 или —тт при изменении частоты,
w С г
377
В трехфазных фазометрах по схеме рис. 276 погреш-
ность от частоты отсутствует.
§ 168. Электромагнитный фазометр завода „Электро-
прибор". На рис. 279 схематически показан разрез, а на
рис. 280 схема включения, электромагнитного трехфазного
фазометра завода „Электроприбор". Подвижная часть при-
бора, выполненная в виде Z-образного железного сер-
Рис. 279. Принципиальное
устройство электромагнитного
фазометра.
Рис. 280. Схема включения
электромагнитного фазо-
метра.
дечника расположена внутри катушки А, геометрическая
ось которой совпадает с осью подвижной части прибора.
На этой оси укреплена стрелка прибора S. Катушку А
окружают две катушки и В& расположенные в простран-
стве под углом в 120°. Они включаются в цепь последова-
тельно так, как это показано на рис. 280. Для усиления
магнитного поля катушек В2 их охватывает, не показан-
ный на чертеже, железный сердечник. Катушка А питается
напряжением Ui2 и создает пульсирующее магнитное поле,
намагничивающее сердечник.
На рис. 281 показан вид сверху, на котором видно
направление магнитных потоков Фх и Ф2, создаваемых ка-
тушками Вг и В2. Намагниченный напряжением Ui2 сердеч-
ник F стремится расположиться с одной стороны вдоль
потока Фр а с другой вдоль потока Ф2. Эти два вращаю-
щие момента действуют навстречу друг другу и тем
устанавливают подвижную часть в положение равновесия.
Вращающий момент, создаваемый катушками^ иВ2, будет
= С/ ФХФА cos (Фр ФА) sin а
D^ = C2 Ф2Фа cos sin (60 — а),
378
Замеченная опечатка
Стр. Строка Напечатано Должно быть
379 5 снизу Следовательно: Следовательно, если = С2:
Зак. 3924. Ару сюнов. Электроизмерительная техника.
где фл — поток создаваемый катушкой Л,
а — угол, на который отклоняется сердечник F»
а вмест* с ним и стрелка 5.
Так как потоки ф{ и ф2 пропорциональны токам и /2,
а поток фА пропорционален напряжению 7712, то
Dx = С, /tt712 cos (Д, £712) sina
ZZ> C2ЛД12 cos (/3, Ц2) sin (60 — a).
Рис. 281. Расположение ка-
тушек электромагнитного фазо-
метра.
Рис. 282. Четырехквадратный
электромагнитный фазометр
завода „Электроприбор".
Рассматривая векторную диаграмму
рис. 277, находим:
и
Следовательно:
z Л’ ^12 — зоф
Z /з, Ц2==90 —ф.
= С2 Ur<Jx cos (30 ?) sin a
D2 = C24712/3 jos (90 — ф) sin (6Q—a).
При равновесии:
379
поэтому
cos (30 4-?) sin а = cos (90 — ср) sin (60 — а),
или после преобразований:
cos (30 —<р) __ cos (30 -J- а)
sin ср sin а
Откуда следует, что:
ср = а
Таким образом, угол отклонения подвижной части
равен углу сдвига между фазными напряжением и током
в трехфазной цепи.
Подобный фазометр можно применять лишь при полной
симметрии. Завод „Электроприбор" строит электромагнит-
ные фазометры двух типов. Один из них показан на
рис. 282.
ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОВТОРЕНИЯ
1. Каковы недостатки метода измерения cos ср при помощи
амперметра, вольтметра и ваттметра?
2. Отношение каких величин показывает электродинамиче-
ский фазометр?
3'. Почему показания однофазного электродинамического фазо-
метра зависят от частоты?
4. Каким условиям нагрузки соответствуют четыре квадранта
фазометра рис. 282?
ГЛАВА XV
РАСШИРЕНИЕ ПРЕДЕЛОВ ИЗМЕРЕНИЯ ПРИ ПОМОЩИ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА
§ 169. Назначение и принцип действия. Техника сильных
токов в настоящее время встречается с необходимостью
измерять переменные токи порядка нескольких’тысяч или
десятков тысяч ампер. Между тем, непосредственное вклю-
чение измерительных приборов для измерения силы тока
такой величины оказывается невозможным. Наибольшая
сила переменного тока, которую еще можно измерить, вклю-
чив непосредственно измерительный прибор, составляет
600 А. Для измерения больших сил токов служат измери-
тельные трансформаторы тока, основное назначение которых
заключается в том, чтобы понизить измеряемую силу тока
до величины, охватываемой нормальными измерительными
приборами.
Трансформатор тока состоит из сердечника F(pHC. 283) из
листовой электротехнической стали, на котором расположены
две обмотки и»х и те»2 — первичная и вторичная. Первичная
обмотка имеет небольшое число витков толстой проволоки,
иногда кабеля или шины, по которым проходит измеряемый
ток. Вторичная обмотка имеет сравнительно большое число
витков проволоки и замкнута на амперметр А. Индукти-
рованный во вторичной обмотке магнитным потоком сердеч-
ника вторичный ток измеряется амперметром и является
мерой первичного тока. При изменении первичного тока,
пропорционально изменяется и вторичный ток и, следова-
тельно, шкала амперметра может градуироваться непосред-
ственно в единицах первичного тока.
Сила тока во вторичной цепи меньше силы тока в пер-
вичной приблизительно во столько раз, во сколько число
витков вторичной обмотки больше числа витков первичной.
Отношение токов в обмотках называется’н о мин ал ьны м
коэфициентом т р а н с ф о р м а ци и и, как мы увидим
ниже, несколько отличается от действительного коэфи-
381
циента трансформации. Для подавляющего большинства
измерительных трансформаторов тока номинальный вторич-
ный ток составляет 5 А. Номинальный коэфициент транс-
формации обозначается обычно в виде отношения первич-
ного тока ко вторичному. Например, если номинальный
первичный ток составляет 600 А, то номинальный коэфи-
циент трансформации будет 600/5 А.
Трансформатор тока, кроме уменьшения измеряемой
силы тока, выполняет еще .и другую функцию, а именно —
он отделяет вторичную цепь, содержащую измерительный
&—----------- 0-
Рие. 283. Схема и устройство трансформатора тока.
прибор, от первичной. Это имеет громадное значение в вы-
соковольтных цепях, когда первичная обмотка находится
в цепи высокого напряжения и непосредственное включе-
ние амперметра в эту цепь связано с необходимостью при-
менять измерительные приборы, имеющие достаточно проч-
ную изоляцию. Между тем, изготовление приборов на про-
бивное напряжение выше 2000 V встречает большие
затруднения. Кроме того, включение приборов непосредст-
венно в цепь высокого напряжения опасно для жизни обслу-
живающего персонала. Поэтому отделение первичной цепи
от вторичной, достигаемое включением трансформатора тока
в сеть высокого- напряжения, оказывается необходимым
даже в том случае, когда измеряемая сила тока составляет
лишь несколько десятков ампер и непосредственное изме-
382
рение ее не представляет трудностей. Такое- разделение це-
пей дает возможность монтировать обычным способом
измерительные приборы на распределительных щитах, при-
нимая лишь необходимые меры к защите прибора и обслу-
живающего персонала от высокого напряжения при случай-
ном замыкании вторичной обмотки с первичной. С этой точки
зрения необходимо, чтобы первичная обмотка была тща-
тельно изолирована от вторичной и чтобы*вторичная цепь
трансформатора была заземлена.
Таким образом, назначение трансформатора тока состоит:
1) в уменьшении измеряемой силы тока до величин, под-
дающихся непосредственному измерению и 2) в ^отделении
первичной, часто высоковольтной обмотки от вторичной—
низковольтной.
Как видно из рис. 283, вторичная обмотка трансформатора
замкнута только на амперметр. Так как сопротивление послед-
него обычно весьма невелико, то такое соединение почти
равносильно короткому замыканию вторичной обмотки
трансформатора. Поэтому включение большого числа
измерительных приборов во вторичную цепь нежелательно,
так как это связано с известным отступлением от режима
короткого замыкания, являющегося -нормальным для транс-
форматора тока, и появлением, вследствие этого, дополнитель-
ных погрешностей. Мощность, которую должен отдавать
во вторичную цепь трансформатор тока, обусловлена
потреблением измерительных приборов/ включенных в эту
цепь. Поэтому при выборе трансформатора тока или
определении допустимого числа прибдров во вторичной
цепи следует руководствоваться номинальной мощностью
трансформатора тока: она должна быть не меньше мощности,
потребляемой всеми измерительными приборами.
§ 170. Теория трансформатора тока. Электродвижущая
сила, возникающая во вторичной обмотке трансформатора,
создается пульсирующим магнитным потоком Ф в сердечнике
трансформатора. Этот магнитный поток создается совместным
действием токов в обеих обмотках трансформатора и
определяется геометрической суммой ампервитков первичной
и вторичной обмоток. Если бы вторичная обмотка была
разомкнута, то магнитный поток в сердечнике определялся
бы лишь первичным током и был бы значительно больше
нормального потока. При наличии же тока во вторичной
обмотке, сдвинутого по фазе, как мы увидим, почти на
180° относительно первичного, сдедует принять во внимание
размагничивающее действие вторичных ампервитков. Благо-
даря действию вторичного тока, магнитный поток в сер-
дечнике сильно уменьшается и составляет лишь небольшую
383
долю (от 0,5 до 10%) потока, создаваемого только первичным-
током. Другими словами, при разомкнутой вторичной
обмотке трансформатора для создания магнитного потока,
соответствующего нормальным условиям работы, пришлось
бы уменьшить первичный ток до 0,5—10% номинального.
Этот ток называется током холостого хода, а соот-
ветствующие ему ампервитки — ампервитками холо-
стого хода. Результирующий магнитный поток опреде-
ляется именно ампервитками холостого хода, представ-
ляющими собой геометрическую сумму ампервитков пер-
вичной и вторичной обмоток.
Это обстоятельство приводит к следующему важному
следствию: в эксплоатационных условиях при номинальной
силе тока в первичной обмотке нельзя размыкать вторичную
цепь •Трансформатора тока. При размыкании вторичной
обмотки резко возрастает магнитный поток в сердечнике,
так как исчезает размагничивающее действие вторичного
тока. При этом также в‘значительной степени возрастает
вторичная электродвижущая сила, достигая часто опасных
для жизни значений. Помимо этого возрастание потока
вызывает перегрев сердечника. Размыкание вторичной
обмотки часто сопровождается пробоем изоляции между
витками вторичной обмотки. После случайного размыкания
вторичной цепи следует сердечник размагнитить, так как
остаточное намагничение может вызвать дополнительную
погрешность. Для этого нужно включить во вторичную цепь
реостат и при номинальном токе в первичной обмотке
постепенно выводить сопротивление реостата до нуля. Для
определения погрешности трансформатора тока обратимся
к векторной диаграмме (рис. 284), построение которой
будем вести следующим образом:
Отложим вектор вторичного тока /2 горизонтально.
Тогда по направлению тока /2 следует отложить вектор
вторичных ампервитков /2w2. С током /2 будет совпадать
также вектор активной составляющей э. д. с. во вторичной
цепи Для получения полной э. д. с. во вторичной цепи, к ве-
личине /2г2 следует прибавить еще величину /2х2, располо-
жив ее перпендикулярно току /2. Здесь г2 — сумма активных
сопротивлений, а х2 — сумма реактивных сопротивлений
вторичной обмотки трансформатора и измерительных при-
боров, включенных во вторичную цець.
Гипотенуза полученного прямоугольного треугольника
и будет вектором вторичной — электродвижущей силы Е2.
Вторичная э. д. с. создается магнитным потоком Ф
в сердечнике трансформатора и отстает от него по фазе
на 90°. Поэтому вектор магнитного потока можно изобра-
зи
зить отрезком ОФ, перпендикулярным отрезку ОА; как
было указано выше, этот магнитный поток создается на-
магничивающей составляющей ' тока холостого хода 1^,.
вектор которой совпадает по фазе с магнитным потоком.
Вследствие наличия пЬтерь на гистерезис и‘ токи Фуко
в сердечнике магнитопровода, кроме намагничивающей
-составляющей, ток холостого хода имеет еще и активную
составляющую /Оа, перпендикулярную составляющей /Ог.
Отрезок ОС представляет собой сумму этих составляющих,
т. е. полный ток холостого хода. В направлении тока /0
откладываем ампервитки холостого хода IqI/d,.
Рис. 284. Векторная диаграмма трансформатора тока.
Так как ампервитки холостого хода определяются
геометрической суммой ампервитков первичной и вторичной
обмоток, то для получения вектора первичных ампервитков
следует из ампервитков холостого хода вычесть вторичные
ампервитки. Для этого с конца отрезка Iow1 откладываем
вектор I2w2, направив его в-сторону противоположную
току /2, тогда отрезок OD, замыкающий треугольник OFD,
и будет представлять собой вектор первичных ампервит-
ков /jWp
Как видно из диаграммы, отрезок /2®2 не равен от-
резку Ддар Между тем по величине номинального коэфи-
циента трансформации п0 должно быть:
w2
(69)
«о = г
^2
или
Л®7! = 4w2-
Следовательно, отношение токов у- в действительности
'2
не удовлетворяет условию (69), так как не равно /2w2.
Причиной этому является наличие тока холостого хода.
25 Зак. 3924.—Электроизмерительная техника. ^>85
Проектируя ампервитки холостого хода на направление
тока /2, получим прямоугольный треугольник OGD. Вслед-
ствие малости угла 8 (несколько десятков минут) можно
принять:
OD — QD
или
AWj = 4^2 + Sin (<Р 4- а).
Отсюда, разделив обе части на /2wP получим действи-
тельный коэфициент трансформации в виде:
Из уравнений (69) и (70) следует, что номинальный
и действительный коэфициенты трансформации неодинаковы.
Это приводит к определенной погрешности измерения.
Поэтому измерительные трансформаторы характеризуются
погрешностью в коэфициенте трансформации, т. е. раз-
ностью между номинальным и действительным коэфициен-
тами трансформации. Относительную погрешность в коэфи-
циенте трансформации в первом, приближении можно
определить из уравнений (69) и (70):
_п0 — п~ w/pSin^ + a)
‘п~ п ~ w2/2 •
Погрешность в коэфициенте трансформации тем больше,
чем больше ток холостого хода, или другими словами,
чем больше магнитный поток. Поэтому при конструировании
стремятся уменьшить ток холостого хода, выбирая с одной
стороны достаточно большое сечение сердечника, а с дру-
гой— применяв для сердечника материал с большой маг-
нитной проницаемостью (см. § 20).
Из уравнения (71) следует, что погрешность в коэфи-
циенте трансформации зависит от характера нагрузки: чем
больше — угол сдвига между вторичной э. д. с. и вторич-
ным током — тем больше погрешность. Погрешность в коэ-
фициенте трансформации зависит также -от величины вто-
ричного тока. Чем ближе вторичный ток к номинальной
величине (5 А), тем погрешность меньше. Обычно, соотно-
шение чисел витков обмоток выбирают так, чтобы' при
некотором вторичном токе погрешность была равна нулю.
Тогда при больших токах погрешность положительна,
а при меньших — отрицательна и не выходит за пределы
допустимых погрешностей при изменении первичного тока
от 20 до 100% номинального.
386
Из диаграммы (рис. 284) видно, что вектор вторичного
тока сдвинут относительно первичного тока не на 180°,
а на 180° — 8. Наличие угла 8 может вызвать погрешности
при вдлючении через трансформатор тока приборов, пока-
зания которых зависят от угла сдвига между напряжением
сети й нагрузочным, током (например, ваттметров, счетчиков,
фазометров и других рриборов, показания которых зави-
сят от cos»). Поэтому трансформаторы тока должны быть
сконструированы таким образом, чтобы угол 8 был по
возможности мал. Этот унол .носит название угловой
погрешности трансформатора.
Угловая' погрешность трансформатора тока легко опре-
деляется из диаграммы следующим образом:
tg8 =
OG
DG
или
{ а. : 70W1 COS (ф-|-«)
ё 4^2 sin (Ф + «) ’
В виду малости величины /0®\ 5т(фа) в сравнении
с /2®2> можно написать:
fog = Zowt COS (ф 4- a)
Заменяя вследствие малости tg 8 самим углом 3 и выра-
жая его в минутах, находим:
ппл /осоэ(ф-1-а) г , .„о.
8 = 3440 • — • -5—4^—!—- [минут]. (72)
4^2
Угловая погрешность может быть как положительной,
так и отрицательной. Она считается положительной, если
обращенный на 180° вектор вторичного тока опережает
вектор первичного тока. Если же обращенный вектор вто-
ричного тока отстает от вектора первичного тока — угловая
погрешность считается отрицательной.
Как видно из уравнения (72), угловая погрешность также
зависит от величины тока холостого хода. Она тем
меньше, чем меньше ток холостого хода.
Трансформаторы тока, по величине допустимой для них
погрешности, делятся на классы. Допустимые погрешности
и принятое в СССР разделение на классы приведены в таб-
лице 10.
Более детальные исследования показывают, что угловая
погрешность, а также погрешность в коэфициенте трансфор-
мации зависят от нагрузки вторичной цепи. Как правило,
при увеличении сопротивления вторичной цепи погрешности
возрастают. Поэтому во вторичную цепь можно включать
25* 387
ТАБЛИЦА 10
Наименование класса .Первичный ток в процентах от номинального Допустимая погреш- ность в коэфициенте трансформации в про- центах Допустимая угловая погреш-' ность в мину- тах Вторичная нагрузка
0,2 от 120 до 100 +0,2 +10 Для вторичной нагрузки (кажу-
щееся сопротивление) в пределах
20 +0,35 +15 от 25 до 100% от номинального
значения и при cos ср = 0,8.
10 +0,5 +20 Минимальная величина кажу-
щегося сопротивления вторичной
0,5 от 120 до 100 +0,5 +40 цепи должна быть не ниже 0,15 Q
для трансформаторов с номиналь-
20 +0,75 +50 ным вторичным током 5 А и 1,5 Q
для трансформаторов с номиналь-
10 +1,0 +60 ным вторичным током 1 А.
1 от 120 до 100 +1 +80
20 +1,5 +100
10 +2,0 +120
3 от 120 до 50 +3 —
10 от 120 до 50 +10 —
лишь определенное число приборов, соответственно мощ-
ности трансформатора.
При включении счетчиков, ваттметров и других прибо-
ров, показания которых зависят от cos % необходимо учи-
тывать направление тока, т. е. полярность трансформа-
тора. Подобно тому, как у ваттметров обозначаются гене-
Рис. 285. Проходной одновитковый трансформатор тока.
раторные концы (см. § 131), концы обмоток трансформа-
тора также имеют обозначения, указывающие начало и конец
каждой обмотки. У нас в СССР приняты следующие обо-
значения обмоток: начало и конец первичной обмотки обо-
значаются соответственно через Д и Л2, а начало и конец
вторичной обмотки через и «2- Генераторный конец
измерительного прибора следует присоединять к началу
вторичной обмотки, причем начало первичной обмотки
должно * быть со стороны генератора (ср. генераторные
концы ваттметра, § 131).
§ 171. Конструкции трансформаторов тока. В зависи-
мости от назначения, трансформаторы тока по своей кон-
389
струкции делятся на стационарные и переносные.
Стационарные трансформаторы предназначены для уста-
новки в распределительных устройствах, поэтому конструк-
ции их предусматривают достижение наибольших выгод
именно в этом направлении. Трансформаторы тока для
распределительных устройств можно подразделять на про-
ходные и опорные.
а) Проходные трансформаторы. Проходные
трансформаторы выполняют одновременно роль проходных
изоляторов в распределительных устройствах. На рис. 285
показан проходной трансформатор одновиткового типа,
в котором установлены два сердечника и с2, имеющие
соответственно две вторичных обмотки и Общая для
Рис. 286. Трансформаторы с поперечным отверстием.
обоих сердечников первичная обмотка представляет собой
стержень а, окруженный изолирующим цилиндром b из
бакелизированной бумаги. Вторичные обмотки выведены
к зажимам g. Таким образом в одном проходном изоляторе
устанавливаются два трансформатора.’ Один из них пред-
назначен для включения реле, другой для включения изме-
рительных приборов. Включение измерительных приборов
и реле в цепь различных трансформаторов повышает на-
дежность установки в эксплоатации, так как перегорание
измерительного прибора в этом случае не оказывает влия-
ния на реле, и защитные устройства, рассчитанные обычно
на большие перегрузки, не лишаются тока. Иногда сердеч-
ники делаются одинаковыми и тогда, в случае необходи-
мости, вторичные обмотки трансформаторов можно соеди-
нить последовательно и тем удвоить номинальную мощность
трансформатора, сохранив прежнюю точность.
Для улучшения изоляции между первичной и вторичной
обмотками часто проходные трансформаторы изготовляются
390
таким образом, что первичная обмотка отделена от сердеч-
ника и вторичной обмотки фарфоровым изолятором. С
этой целью в изолирующем корпусе предусматривается
поперечное отверстие (рис. 286), сквозь которое пропускается
сердечник трансформатора со вторичной обмоткой.
Ярмо сердечника замыкается вокруг изолирующего корпуса.
При такой конструкции можно изготовить трансформаторы
тока для установки в се(тях с напряжением до 150 kV.
Рис. 287. Опорный трансформатор
катушечного типа.
Рис. 288. Опорный транс-
форматор горшковидно-
го типа.
б) Опорные трансфор'маторы. Опорные трансфор-
маторы дешевле проходных, так как в них устанавливается
только один изолятор, что упрощает производство транс-
форматоров и требует меньше материала. Кроме того,
при очень высоких напряжениях (выше 150 kV), проходные
трансформаторы многовиткового типа становятся очень
громоздкими и здесь предпочтительнее применение опор-
ного трансформатора, в частности так называемого горшко-
видного типа. Опорные трансформаторы весьма удобны
для монтажа на открытом воздухе.
На рис. 287 показан опорный трансформатор катушеч-
ного типа на 100 А, в котором первичная и вторичная
обмотка разделены фарфоровым изоляционным каркасом.
391
Сердечник собирается из штампованных пластин Т-образной
формы. Весь трансформатор помещен в кожух, предохра-
няющий трансформатор от пыли и механичес.ких повре-
ждений.
На рис. 288 изображен опорный трансформатор тока ,
горшковидного типа на 70 kV. Первичная и вторичная
обмотки здесь также отделены фарфоровым цилиндром,
что обеспечивает высокое пробивное напряжение. Транс-
форматор помещается в кожух, наполненный маслом.
в) Переносные трансформаторы. Переносные
трансформаторы тока предназначены для работы в лабора-
торных условиях или при
контрольных испытаниях
установок. Поэтому обычно
переносные трансформато-
ры изготовляются на не-
сколько пределов измере-
ния и охватывают значи-
тельный диапазон токов.
Наиболее распространен-
ным типом переносного
трансформатора является
трансформатор, схема ко-
торого изображена на
рис. 289. Первичная об-
мотка этого трансформа-
вторичная — три. Подобный
трансформатор, изготовляемый заводом „Электроаппарат“
в Ленинграде, позволяет получить 10 различных коэфици-
ентов трансформации путем комбинации зажимов, приведен-
ных в таблице 11.
Л,
77, Лз
Л.
иг
“з
Рис. 289. Схема переносного транс-
форматора тока.
тора имеет четыре вывода, а
ТАБЛИЦА 11
Коэфициент трансфор- мации Зажимы первичной обмотки Зажимы вторичной, обмотки
15/5 Л\—Л± W1—
20/3 Л^-Л^ Я!—
25/5 л2—лл
30/5 лг—л± «1—
40/5 Л±—Л$- «1—
50/5 лх—л% «1~**3
60/5 Лу—Л^ «1—«2
75/5 Л\—л2 «1—«з
120/5 л% —л^ «1—«2
150/5
392
ТАБЛИЦА 12
Коэфициент трансфор- • мации Число витков кабеля Зажимы вторичной обмотки
200/5 6
250/5 6 .«1—«3
300/5 4 «2
400/5 3 ut—U*
50С/5 3
600/5 2 111—и2
750/5 2
1200/5 1 1 и—и2
1500/5 1 I
При токах выше 150 А вместо внутренней первичной
обмотки следует воспользоваться кабелем, продев его сквозь
имеющееся отверстие (рис. 290). В таблице 12 приведено
число первичных витков кабеля для коэфицйентов транс-
формации от 200/5 д® 1500/5.
Рис. 290. Переносный трансформатор тока.
Аналогичный трансформатор фирмы Сименс и Гальске
позволяет получить 28 коэфициентов трансформации от 5/5-
до 2500/5.
Для приближенного измерения силы тока без разрыва
проводов, Дитце предложил переносный трансформатор
(рис. 291) с разъемным сердечником, смонтированный вместе
с измерительным прибором, включенным к зажимам вто-
ричной обмотки. Трансформатор этот получил название
щипцы Дитце.
При помощи пружинных щипцов сердечник можно разо-
мкнуть и охватить им провод, по которому протекает из-
меряемый ток. Первичной обмоткой, таким образом, служит
393
сам проводник с током. Места стыков тщательно шлифу-
ются, чтобы уменьшить погрешность, возникающую из-за
большого магнитного сопротивления стыков. Измеритель-
ный прибор находится под высоким напряжением и изоля-
цией служат только рукоятки, имеющие металлические
шайбы для заземления.
Щипцы Дитце изготовляются фирмой Гартман и Браун
для сил токов от 20 до 1000 А.
Рис. 291. Щипцы Дитце.
ТРАНСФОРМАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ.
§ 172. Назначение и принцип действия. При измерении
высоких напряжений переменного тока (выше 2000 V) при-
менение добавочных сопротивлений для расширения преде-
лов измерения оказывается очень затруднительным. Доба-
вочные сопротивления при этом получаются громоздкими,
а установка приборов на щитах становится опасной для
жизни обслуживающего персонала. Поэтому в этих случаях
предпочитают пользоваться трансформаторами напряжения,
основное назначение которых заключается в уменьшении
измеряемого напряжения. Как и трансформаторы тока, транс-
форматоры напряжения позволяют отделять цепь измери-
тельных приборов от сети высокого напряжения, что дает
возможность заземлять вторичную цепь трансформатора.
На рис. 292 показано устройство и схема включения
трансформатора напряжения. Первичная обмотка имеет
приблизительно во столько раз большее число витков не-
жели вторичная, во сколько раз нужно уменьшить изме-
ряемое напряжение. Вторичная цепь трансформатора на
пряжения замкнута на вольтметр, обладающий, как известно
394
большим сопротивлением. Поэтому нормальным режимом
работы для трансформатора напряжения является режим
холостого хода. Отношение номинального первичного на-
пряжения к номинальному вторичному называется номи-
нальным коэфициентом трансформации. Номи-
нальное вторичное напряжение для большинства трансфор-
маторов напряжения составляет 110 V.
§ 173. Погрешности трансформатора напряжения. По-
добно трансформаторам тока, трансформаторы напряжения
обладают погрешностью в коэ-
фициенте трансформации и уг-
ловой погрешностью. Действи-
тельный коэфициент трансфор-
мации у них не равен отноше
нию витков обмоток, а отли
чается от него тем больше, чем
больше нагрузка во вторичной
цепи. Чем ближе условия работы
трансформатора к режиму холо-
стого хода, тем меньше погреш-
ность в коэфициенте трансфор-
мации. Тем не менее, она имеет
место даже при разомкнутой
вторичной обмотке, так как в
первичной обмотке протекает
намагничивающий ток, создаю-
щий падение напряжения в пер-
вичной обмотке. При разомкну-
той вторичной обмотке погреш-*
ность в коэфициенте трансфор-
мации отрицательна; Поэтому
при изготовлении трансформато*
“----т
включения трансформатора на-
пряжения.
ров напряжения число витков
первичной обмотки уменьшают, примерно, на 0,3—О,4°/о.
В этом случае при холостом ходе получается положи-
тельная погрешность, уменьшающаяся при нагрузке почти
до нуля.
Угловая погрешность также зависит от вторичной на-
грузки и от соотношения между активным и индуктивным
сопротивлением вторичной цепи.
Для уменьшения погрешностей трансформатора стремятся
уменьшить плотность магнитного потока в сердечнике,
а также активные сопротивления обмоток, выбирая большое
сечение сердечника и проводов обмоток.
На рис. 293 приведены кривые изменения погрешностей
трансформатора в зависимости от нагрузки во вторичной
395
цепи. Они показывают, что во вторичную цепь можно
включать лишь ограниченное число измерительных прибо-
ров. Число приборов следует выбирать в соответствии
с мощностью трансформатора напряжения.
Погрешности трансформатора напряжения изменяются
с изменением первичного напряжения. Однако для боль-
шинства трансформаторов это не имеет особого значе-
ния, так как они обычно работают при постоянном напря-
жении, близком к номинальному. Это важно учитывать
только в переносных лабора-
торных трансформаторах, где
возможны изменения напряже-
ния в больших пределах.
Рис. 294. Разрез обмоток трансфор-
матора напряжения.
Рис. 293. Кривые погрешности транс-
форматора напряжения.
Подобно трансформаторам тока, трансформаторы напря-
жения обладают полярностью, поэтому начала и концы об-
моток имеют специальные обозначения (см. рис. 292).
§ 174. Конструкции трансформаторов напряжения. При
изготовлении трансформаторов напряжения применяется
почти исключительно простое концентрическое расположе-
ние обмоток. Обмотка низкого напряжения осуществляется
в виде трубчатой катушки и помещается обычно непосред-
ственно на сердечнике. Поверх обмотки низкого напряже-
ния укладываются один или при высоких напряжениях
несколько цилиндров из бакелизированной бумаги. Между
396
цилиндрами образуются масляные промежутки, так как
сердечник с* обмотками помещается в кожух с маслом. Об-
мотка высокого напряжения секционируется на ряд много-
слойных дисковых катушек, отделенных друг от друга изо-
ляционными шайбами. На рис. 294 показан разрез обмоток
трансформатора напряжения. Для повышения прочности
изоляции обмотки высокого
напряжения, при намотке кату-
шек проволока пропускается
через расплавленную изоли-
рующую массу.
Концы обмоток высокого
напряжения выводятся через
изоляторы в крышке корпуса.
На рис. 295 показан транс-
Рис. 295. Трансформатор на- Рис. 296. Переносный транс-
пряжения для установки на от- форматор напряжения.
крытом воздухе.
форматор напряжения фирмы-Сименс и Гальске для уста-
новки на открытом воздухе.
При измерении напряжения в трехфазных цепях с на-
пряжением до 15 kV часто применяются трехфазные транс-
форматоры. Сердечник таких трансформаторов состоит из
трех или пяти стержней, на которых располагаются обмотки
и высокого и низкого напряжений. При напряжении выше
15 kV применение трехфазных трансформаторов становится
неэкономичным.
Наряду с трансформаторами для стационарных устано-
вок, многими фирмами изготовляются переносные трансфор-
маторы напряжения, позволяющие получить несколько
коэфициентов трансформации путем переключения секцио-
нированных обмоток. На рис. 296 показан подобный транс-
форматор фирмы Сименс и Гальске, позволяющий получать
397
четыре коэфициента трансформации, соответствующие пер
вичным напряжениям от 250 до 1 000 V. Вторичное напря
жение получается равным 100 V.
ВКЛЮЧЕНИЕ ПРИБОРОВ ЧЕРЕЗ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНС-
ФОРМАТОРЫ
§ 175. Основные правила включения измерительных
трансформаторов. Здесь мы рассмотрим схемы включения
и меры предосторожности, которые следует принимать при
включении амперметров, вольтметров и ваттметров. Так как
схемы включения счетчиков и фазометров ничем не отли-
чаются от схем включения ваттметров, то все правила
и схемы включения измерительных трансформаторов оди-
наково будут справедливы для тех и для других.
При составлении.всевозможных схем с измерительными
трансформаторами необходимо придерживаться следующих
основных правил:
1. Вторичная цепь трансформатора тока ни в коем слу-
чае не должна быть разомкнута. Она должна быть замкнута
либо на измерительные приборы, либо замкнута накоротко.
2. Трансформаторы напряжения должны быть либо зам-
кнуты на большое сопротивление — вольтметр или па-
раллельные цепи ваттметра или счетчика, либо оставаться
разомкнутыми.
3. На стороне высокого напряжения трансформаторов
напряжения должны быть включены предохранители в оба
провода. На вторичной стороне предохранители должны
быть включены лишь в незаземленные провода.
Включение предохранителей в первичную цепь трансфор-
матора напряжения имеет целью защитить трансформатор
от повреждений при случайных коротких замыканиях. Чаще
всего применяются предохранители на 2 А номинального
тока. Они не защищают трансформатор от перегрузок, но
при коротких замыканиях представляют действительную
защиту для трансформаторов. Предохранители на вторичной
стороне защищают трансформатор напряжения от перегру-
зок, происходящих вследствие неправильных включений
измерительных приборов, неправильного заземления или
короткого замыкания во вторичной цепи. В большинстве
случаев оказывается достаточным включение предохранителя
на 2 А. Последний можно включать только в незаземленный
провод, так как в противном случае при перегорании пре-
дохранителя заземление выключается, что недопустимо.
4. При одновременном включении трансформаторов тока
и напряжения их вторичные цепи и корпуса должны быть
398
заземлены. Наименьшее допустимое сечение медного зазем-
ляющего провода 16 mm2.
Необходимость заземления вторичных цепей трансфор-
маторов обусловлена повышением безопасности схемы для
обслуживающего персонала, так $<ак в незаземленных вто-
ричных цепях могут возникнуть опасные для жизни
напряжения. Кроме ^того, заземление вторичных цепей
препятствует возникновению больших напряжений между
отдельными цепями измерительных приборов, например,
между последовательной и параллельной обмотками ватт-
метра (см. § 131); в противном случае наличие этих напря-
жений может вызвать нежелательные погрешности измере-
ния.
Чтобы заземляющий провод действовал также в случае
пробоя изоляции трансформатора, он должен быть рассчи-
тан так, чтобы мог длительно выдерживать токи короткого
замыкания в сети. Поэтому сечение заземляющего провода
должно быть не менее 16 mm2. Заземление осуществляется
обычно непосредственно у трансформатора.
5. При включении только трансформаторов тока вторич-
ные цепи не должны быть заземлены, а должны иметь одну
общую точку с первичной, чтобы разности потенциалов в об-
мотках измерительных приборов были наименьшими.
. Это правило обусловлено тем, что в случае применения
только трансформатора тока, заземление может оказаться
невозможным, так как при этом будет заземлена также
и сеть. Это может привести к случайным коротким замы-
каниям. Соединение же вторичной цепй с первичной дает
возможность уравнять потенциалы отдельных частей изме-
рительной схемы. Такое соединение возможно потому, что
применение только трансформатора тока имеет место лищь
в цепях сравнительно низкого напряжения (до 600 V). При*
напряжениях же выше 1000 V обязательно должны приме-
няться одновременно и трансформаторы тока и трансфор-
маторы напряжения, независимо от того, велика или мала
измеряемая сила тока, а в этом случае уже можно восполь-
зоваться возможностью заземления вторичных цепей.
6. При включении измерительных трансформаторов
должна быть принята во внимание их полярность. Генера-
торные концы трансформаторов и измерительных приборов
должны быть согласованы между собой во избежание
неправильных показаний приборов. Это правило особенно
важно в цепях трехфазного тока, где очень часто отрица-
тельные показания измерительных приборов не дают еще
права утверждать, что включение произведено непра-
вильно.
39$
К включению амперметров и вольтметров это правило
не относится.
§ 176. Включение в цепь однофазного тока. На рис. 297
показана схема включения измерительных приборов через
трансформатор тока. Здесь предполагается, что напряже-
ние сети не превышает 600 V, поэтому цепь тока
измерительных приборов непосредственно присоединена
к сети. В случае включения переносных контрольных изме-
рительных приборов, шкалы которых даются в делениях,
Рис. 297. Включение измерительных приборов
через трансформатор тока.
следует учесть коэфициент трансформации трансформатора
тока. Для этого постоянные измерительных приборов нужно
умножить на коэфициент трансформации трансформатора
тока. Так, нап’ример, если в схеме применен ваттметр на
номинальное напряжение 300 V, ^номинальную силу тока
5 А и имеющий 150 делений, то его постоянная при непо-
средственном включении будет (см, § 133):
„ 300 -5 ....
С=—j-gQ—= 10 W/деление.
При включении же через трансформатор тока постоян-
ная ваттметра будет:
С' = С • пг W/деление,
где rtj — коэфициент трансформации трансформатора тока.
Тогда, если »i = 500/5 и ваттметр показывает, например,
56 делений, измеряемая мощность будет равна:
Р = 56- 10-^ = 56000 W.
5
При включении трансформатора тока и измерительных
приборов необходимо учитывать генераторные концы транс-
форматора и приборов. В противном случае, возможны
неправильные показания приборов. Схему следует осуще-
ствлять так, как это указано на рис. 297, а именно начало
Рис. 298. Включение приборов через измери-
тельные трансформаторы.
перричной обмотки трансформатора тока должно находи-
ться со стороны генератора, а начало вторичной обмотки
должно быть присоединено к генераторному зажиму изме-
рительного прибора.
На рис. 298 дана схема включения измерительных при-
боров через трансформатор тока и трансформатор на-
пряжения. Здесь вторичные цепи трансформаторов сое-
динены между собой и заземлены, как это диктуется пра-
вилом 4 предыдущего параграфа. Как видно из схемы, на-
чала первичных обмоток трансформаторов присоединены
к одному и тому же проводу сети со стороны генератора,
а начала вторичных обмоток — к генераторным зажимам изме-
рительных приборов.
26 Зак. 3924. — Электроизмерительная техника. “-61
Постоянные измерительных приборов при такой схеме
включения следует умножить на коэфициенты трансформа-
ции трансформаторов, а именно:
С ““ С
где, С—постоянная прибора при непосредственном вклю-
чении,
nv и rij. — коэфициенты трансформации соответственно
трансформатора напряжения и трансформатора тока.
Так, в случае применения ваттметра на 150 V, 5 А,
имеющего 150 делений и измерительных трансформаторов
0—-------и,..... Q 0--------------------------------
Рис. 299. Измерение трех токов
трехпроводной цепи при помощи
двух трансформаторов тока.
Рис. 300. Измерение токов в четы-
рехпроводной цепи.
с коэфициентами трансформации 500/5 и 6600/110, показа-
ние ваттметра в 40 делений будет соответствовать мощности:
‘ ‘ ТЛТ * 40=1 200 000 W= 1 200 kW.
lot) о ПО
§ 177. Включение в цепь трехфазного тока. Рассмот-
рим сначала схемы для измерения силы тока в трех линиях
трехпроводной трехфазной цепи. Для этого вместо трех
отдельных трансформаторов можно воспользоваться лишь
двумя трансформаторами тока, включенными так, как это
показано на рис. 299. Действительно, амперметр А3 покажет
сумму токов Д + 4- Но для трехпроводной трехфазной
цепи при любой нагрузке имеет место равенство:
Л+4+/3=о. (73)
Поэтому показание амперметра А3 равно
Л 4-^2= 4-
402
Так как знак минус для показания амперметра не имеет
значения, то он и будет измерять силу тока во второй
линии.
Для четырехпроводной сети этой схемой воспользоваться
нельзя, так как здесь не всегда выполняется условие (73).
В этом случае следует применить схему рис. 300, в которой
требуется три трансформатора. Рассуждениями, подобными
предыдущему, можно убедиться, что амперметр Ао измеряет
силу тока /0 в нулевом проводе.
При измерении линейных напряжений также нет необ-
ходимости включать три трансформатора напряжения: до.ста-
Рис. 302. Включение двух валтМетров
по схеме Арона через измерительные
трансформаторы.
Рис. 301. Измерение трех напря-
жений при помощи двух транс-
форматоров напряжения.
точно воспользоваться схемой рис. 301, применив для этого
только два трансформатора. Исключение составляет случай
трехфазного измерительного трансформатора, когда все три
напряжения получаются от одного трансформатора.
Так как для измерения мощности и энергии в трех-
фазной цепи (§ 149) применяется чаще всего схема двух
ваттметров (схема Арона), мы рассмотрим ниже включение
приборов через измерительные трансформаторы примени-
тельно именно к этой схеме.
На рис. 302 дана схема соединений двух ваттметров
через трансформаторы тока и напряжения. Здесь вторичные
цепи трансформаторов заземляются, а трансформаторы
напряжения защищаются предохранителями как на первич-
ной, так и на вторичной стороне.
26* 403
Постоянные приборов нужно умножать на коэфициенты
трансформации обдих трансформаторов и тока и напряжения.
При осуществлении этой схемы особое внимание нужно
обратить на правильность соединения генераторных концов
трансформаторов и приборов. При некоторых условиях
(с? >60°) стрелка одного из ваттметров отклоняется
в обратную сторону, что ограничивает возможность про-
верки правильности включения.
ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОВТОРЕНИЯ и ЗАДАЧИ
1. Каковы нормальные условия работы трансформаторов тока
и напряжения?
2. Почему нельзя размыкать вторичную цепь трансформатора
тока?
3. Что такое погрешность в коэфициенте трансформации
и угловая погрешность? Чем они обусловлены?
4. Длл чего ставятся предохранители в первичной и вторич-
ной цепях трансформатора напряжения?
5. Почему нельзя включать предохранители во вторичную
цепь трансформатора тока?
6. Амперметр на 10 А, шкала которого имеет 100 делений,
был включен через измерительный трансформатор тока
с коэфициентом трансформации 500/5. Показание ампер-
метра—42 деления. Вычислить постоянную амперметра
и силу тока в первичной цепи трансформатора тока.
7. Ваттметр на 150 V, 5 А, 150 делений включен через измери-
тельные трансформаторы с коэфициентами трансформации
3300/110 V и 600/5 А. Вычислить измеряемую мощность, если
показание ваттметра 72 деления.
8. Составьте . схему включения трех ваттметров через изме-
рительные трансформаторы для измерения мощности
в четырехпроводной цепи трехфазного тока.
9. Составьте схему включения счетчика Бергтольда (см. §161)
через измерительные трансформаторы.
ГЛАВА XVI
ИЗМЕРЕНИЕ ЧАСТОТЫ
ИЗМЕРЕНИЕ НИЗКИХ ЧАСТОТ
§ 178. Вибрационные частотомеры. Наибольшее распро-
странение для измерения технических частот получили
вибрационные частотомеры. На рис. 303 представлен раз-
Рис. 303. Вибрационный частотомер по Кемпфу.
рез вибрационного частотомера конструкции Гартман-
Кемпф, изготовляемого фирмой Гартман и Браун. С обеих
сторон электромагнита М, обмотка которого питается
переменным током измеряемой частоты, расположены два
ряда стальных пластин Z, закрепленных одним концом в не-
подвижной платте К. На уровне высоты этих пластин, на-
зываемых язычками, расположена шкала 5 с вырезами. По
краям вырезов нанесены деления с соответствующими от-
метками.
Если обмотку электромагнита включить в цепь перемен-
ного тока, то возникший переменный магнитный поток будет
замыкаться через стальные язычки, которые за каждый пе-
риод изменения тока дважды будут притягиваться к сердеч-
405
нику электромагнита и дважды, благодаря своей упругости,
возвращаться в начальное положение. Таким образом, языч-
ки получают стремление колебаться вместе с изменением
магнитного потока электромагнита. Однако, из всех язычков
с наибольшей амплитудой будет колебаться лишь тот из
них, у которого собственная
45 50 55
11 I I I I I I I I I I 11 I I I I I 1 I I I I I

Рис. 304. Часть шкалы вибрационного
частотомера.
частота колебаний точно
равна числу перемен тока,
т. е. только тот из язычков,
который попадает в резо-
нанс с частотой перемен-
ного тока. Если подобрать
язычки так, чтобы каждый
из них был настроен на
определенную частоту, то
по отметке шкалы, располо-
женной против вибрирующего язычка, можно определить
частоту переменного тока, питающего, обмотку частотомера.
Если частота тока окажется в промежутке между частотами
двух соседних язычков, то колебаться будут оба эти язычка,
но с меньшей амплиту-
дой, причем тот из них
будет колебаться с боль-
шей амплитудой, соб-
ственная частота кото-
рого ближе к измеряе-
мой. Так как частота
колебаний язычка вели-
ка (100 колебаний в се-
кунду при частоте 50 Hz),
наблюдатель видит свет-
лую размытую полосу,
длина которой равна уд-
военной амплитуде коле-
баний, а ширина равна
ширине язычка. Для боль-
шего удобства наблюде-
ний, торцовые поверх-
Рис. 305. Часготометр по Фраму,
ности язычков окраши-
ваются белой краской. На
рис. 304 показана часть шкалы
частотомера в момент, когда частота переменного тока
равна 50,25 Hz.
Фирмой Сименс и Гальске, а также заводом „Электропри-
бор“ изготовляются вибрационные частотомеры, конструк-
ция которых предложена Фрамом и несколько отличается
от вышеописанной. Схематическое устройство такого часто-
406
томера показано на рис. 305. В этом- приборе электромаг-
нит М. действует на якорь .4, который связан с платтой К,
установленной на пружинах F. В платте закрепленье сталь-
ные язычки Z. Под действием электромагнита приходит
в колебание якорь А, а вместе с ним и все язычки. Однако,
наиболее отчетливо будет колебаться тот язычок, собствен-
ная частота которого вдвое больше частоты переменного
тока, так как принцип резонанса остается в силе и в дан-
ном случае.
Частота собственных колебаний язычка зависит от его
формы и размеров, а также от плотности и упругих свойств
материала.
Для настройки язычков на определенную частоту при-
меняют различные способы в зависимости от конструкции
язычков. Так, фирма Сименс и Гальске, а также завод
„Электроприбор" для этой цели утяжеляют верхнюю часть
язычка, напаивая кусочек олова, который при настройке
подпиливается так, чтобы получилась нужная частота коле-
баний. Фирма Гартман и Браун осуществляет настройку пу-
тем изменения длины язычков, сохраняя при этом вершины
язычков на одном уровне.
Помимо настройки язычков на определенную частоту,
форма и размеры язычков делаются такими, чтобы успокое-
ние колебаний, обусловленное сопротивлением воздуха,
было небольшим. При сильном успокоении наблюдаются
колебания многих язычков одновременно, что в известной
степени затрудняет отсчет и понижает его точность. Пр
этой причине язычСи часто изготовляют перфорированными
у концов, т. е. в тех местах, где они подвержены наиболее
сильным колебаниям.
Язычки вибрационных частотомеров чащ£ всего настраи-
ваются так, чтобы частоты двух соседних язычков отлича-
лись на 0,5 Hz или 0,25 Hz. Иногда этот интервал умень-
шается до 0,1 Hz. Изготовление язычков с очень малой
разницей в собственных частотах встречает большие затруд-
нения, поэтому 0,1 Hz нужно считать уже низшим пределом.
Вся шкала вибрационных частотомеров охватывает обычно
диапазон частот порядка 10 — 20 Hz, например от 40 до
60 Hz.
Внешнее оформление частотомеров ничем не отличается
от оформления других измерительных приборов. Они изго-
товляются и в виде щитовых приборов, и в виде перенос-
ных. На рис. 306 показан общий вид щитового частотомера
завода „Электроприбор," а на рис. 307—переносного, фирмы
Сименс и Гальске. Для щитовых частотомеров, предназначен-
ных для измерения частоты сети, приведенные выше пре-
407
делы измерения оказываются в большинстве случаев
вполне достаточными. В переносных частотомерах желательно
иметь пределы измерения, перекрывающие возможно более
широкий диапазон частот. С этой целью переносные часто-
томеры изготовляются так, чтобы можно было изменять
их пределы измерения.
Предел измерения вибрационных частотомеров можно
удвоить при помощи добавочного постоянного по величине,
магнитного потока. Действительно, если на основное пере-
менное магнитное поле электромагнита (рис. 308, кривая /)
наложить постоянное поле (кривая //), величина которого
равна или несколько больше амплитуды переменного, то
Рис. 306. Вибрационный частото-
мер завода „Электроприбор".
Рис. 307. Переносный вибра-
ционный частотомер.
кривая изменения результирующего магнитного потока бу-
дет иметь вид синусоиды (кривая III), сдвинутой относи-
тельно оси абсцисс. В этом случае язычки частотомера за
каждый период переменного тока будут притягиваться
к электромагниту только один раз, так как в течение тех
полупериодов изменения переменного тока, когда перемен-
ное поле направлено навстречу постоянному, сила притяже-
ния язычков к электромагниту будет значительно ослаб-
лена. Следовательно, чтобы привести в колебание тот язычок,
который вибрировал до наложения постоянного поля, ну-
жно увеличить частоту переменного тока вдвое. А это зна-
чит, что цифра на шкале, стоящая против этого язычка
и указывающая частоту, должна быть также удвоена, и тем
самым вся шкала уже будет охватывать диапазон частоты,
вдвое превышающий прежний. Если, например, частотомер
имел пределы измерения от 45 до 55 Hz, то после на-
408
ложения постоянного поля пределы измерения буду!* охва-
тывать частоты от 90 до ПО Hz.
Проще всего добавочное постоянное магнитное поле
можно создать при помощи постоянного магнита. На рис.
схематически показано такое устройстве, применительно
Рис. 308. Наложение постоянного поля на пере-
менное.
к частотомеру фирмы Гартман и Браун, с постоянными маг-
нитами т.
При помощи рукояток g, выведенных наружу корпуса
прибора,, магниты можно поставить в такое положение
(Л, рис. 309), что их поток
будет частично замыкаться
через язычки и тем самым
осуществится наложение по-
стоянного потока на пере-
менный. Поворачивая маг-
ниты в положение 5, устра-
няем действие постоянного
поля на язычки, а вместе
с этим пределы измерения
Рис. 309. Удвоение пределов измере-
ния вибрационного частотомера.
частотомера становятся
прежними, какими они бы-
ли до наложения постоян-
ного потока.
Наибольшая частота, на которую можно в настоящее
время изготовить вибрационный частотомер, достигает
1500 Hz. Для более высоких частот не удается получить
язычки с соответствующей собственной частотой, поэтому
при средних и высоких частотах применяют другие методы
измерения частоты. Нижним пределом для вибрационных
частотомеров является частота 7—10 Hz.
409
Частотомеры, подобно вольтметрам, включаются в сеть
параллельно, в соответствии с чем на приборе указывается
то номинальное напряжение, на которое он рассчитан. Обыч-
но частотомеры изготовляются на напряжения от 100 до
500 V. Если напряжение сети выше номинального напря-
жения частотомера, его можно включить через добавочное
сопротивление. Показания вибрационных частотомеров не
зависят от величины приложенного к ним напряжения. При
изменении последнего изменяется лишь амплитуда коле-
баний язычков, но не их собственная частота. Поэтому
один и тот же частотомер может применяться при разных
напряжениях, не превышающих его номинальное.
Так как вибрационные частотомеры основаны на механи-
ческом резонансе, то на их показания оказывают влияние
внешние толчки и вибрации. Если частота последних ока-
жется в пределах частот измеряемых прибором, то язычки
начнут вибрировать и при отсутствии тока в электромаг-
ните, что нужно отнести к одному из самых существенных
недостатков вибрационных частотомеров.
Другим, не менее серьезным недостатком вибрационных
частотомеров является прерывистость шкалы, вследствие
чего затрудняется отсчет при промежуточных частотах, ког-
да одновременно вибрируют несколько язычков и отсчет
приходится производить на глаз, оценивая амплитуды ко-
лебаний соседних язычков (см. рис. 304).
Погрешности вибрационных частотомеров можно оце-
нить, исходя из достижимой точности настройки язычков
на соответствующие частоты. Последняя колеблется в пре-
делах 0,2—0,5%. Прибавив к этому еще погрешность от-
счета, получим суммарную погрешность порядка ^=1%.
§ 179. Стрелочные частотомеры. Сравнительно большая
погрешность вибрационных частотомеров, а также неудоб-
ства, связанные с отсчетом промежуточных частот привели
к созданию стрелочных частотомеров, оформленных подоб-
но другим измерительным приборам. Стрелочные частото-
меры в большинстве случаев основаны на применении при-
боров, измеряющих отношение двух токов (см. например,
§ 100, а также § 114) так называемых логометров. Схема
внутренних соединений осуществляется так, чтобы один из
этих токов возрастал с ростом частоты, а другой уменьшался.
Тогда показания логометра, зависящие от соотношения
между токами, будут изменяться с изменением частоты.
В этом случае шкала логометра градуируется непосред-
ственно в единицах частоты, в герцах.
На рис. 310 показана схема и принципиальное устрой-
ство одного из таких частотомеров, изготовляемых фирмой
410
Вестон. Прибор состоит из двух неподвижных катушек
а и Ь, расположенных под углом в 90° друг относительно
друга. В поле этих катушек находится подвижной желез-
ный тонкий стерженек f, жестко связанный с осью при-
бора, на котором укреплена стрелка. При включении прибо-
ра в,цепь, железный стержень располагается по направлению
результирующего магнитного поля катушек ам Ь, которое
зависит от отношения токов 1а и 1Ь в каэушках.
При некоторой средней частоте, например 50 Hz, индук-
тивности La, Lb и сопротивления га, гь подбирают так,
чтобы магнитные потоки, создаваемые катушками, были
равны. На рис. 311 сплошными линиями показано напра-
вление магнитных потоков Фя и Ф} при средней частоте.

Рис. 310. Схема электромагнитного
частотомера.
Рис..311. Диаграмма пото-
ков электромагнитного час-
тотомера
Результирующий магнитный поток Фг будет направлен по
диагонали параллелограма, построенного на векторах Фв
и Ф4. В направлении этого результирующего поля устано-
вится железный стерженек /, а стрелка расположится про-
тив средней отметки шкалы. Если частота увеличится, то
возрастет реактивное сопротивление <s>La катушки La.
Вследствие этого возрастет ток /а. Но с другой стороны,
также возрастет реактивное сопротивление катушки Ьъ,
вследствие чего ток 1Ь уменьшится. На рис. 311 пунктиром
показано направление и величина магнитных потоков Фа'
и Ф/, соответствующие новой частоте. Результирующий
магнитный поток теперь займет положение Ф/ и желез-
ный стерженек отклонится на некоторый угол а. При умень-
шении частоты произойдет обратное: поток Ф4 увеличится,
а - поток Фл уменьшится, и подвижная часть отклонится
налево. Шкала такого частотомера расширена в середине
и несколько сжата по краям. Реактивная катушка L, вклю-
411
ченная последовательно в качестве добавочного сопроти-
вления, служит для уменьшения влияния формы кривой на
показание прибора. Действие этой индуктивности заклю-
чается в том, что для высших гармоник переменного тока
величина <s>L оказывается значительно большей, чем для
основной волны.
Показания прибора в сравнительно широких пределах
не зависят от колебания напряжения сети, так как при
изменении напряжения почти в одинаковой степени изме-
няются токи в обеих катушках и их отношение, а, следо-
вательно, и направление результирующего магнитного по-
тока практически остается неизменным. Так, изменение
напряжения на ±30% вызывает изменение показаний лишь
на ± 1,5%.
Недостатком прибора является его чрезмерная громозд-
кость, обусловленная наличием катушек индуктивности
с железными сердечниками. Сопротивления и индуктивности
монтируются в отдельном ящике.
Частотомеры Вестона изготовляются в виде щитовых
приборов на следующие пределы измерения: 20—30 Hz,
34—46 Hz, 40—60 Hz, 50—70 Hz и 105—145 Hz. Погрешность их
не ниже±0,5°/о от средней частоты.
Для изготовления стрелочных частотомеров можно вос-
пользоваться логометрами и других систем, например,
ферродинамической, индукционной и другими. Некоторые
из них обеспечивают очень большую точность измерения
(погрешность±0,1% и ниже), причем шкала их охватывает
иногда очень узкий диапазон частот, например, 48—52 Hz.
ИЗМЕРЕНИЕ ЗВУКОВЫХ И РАДИОЧАСТОТ
§ 180. Измерение частоты методом моста. Как было
указано выше, вибрационные частотомеры непригодны для
измерения частот выше 1500 Hz. Некоторые типы стрелоч-
ных частотомеров удается применить для измерения ча-
стоты порядка 2000 Hz. Однако, для измерения звуковых
частот (590—10000 Hz) чаще всего применяются мостовые
методы, обеспечивающие большую точность измерения и
охватывающие обычно широкий диапазон измеряемых
частот.
На рис. 312 показана схема Кэмпбелла для измерения
частоты мостовым методом. К первичной обмотке взаимной
индуктивности TWj через активное сопротивление i\ вклю-
чается источник тока, частоту которого требуется изме-
рить. Ее вторичная обмотка замыкается через активные
сопротивления гс и / на первичную обмотку взаимной ин-
412
дуктивности Л42. Нулевой прибор G включен так, что
в его цепи действуют: падение напряжения на сопротивле-
ниях гх и г и э. д. с., возникающая во вторичной обмотке
взаимной индуктивности М2. В качестве' нулевого прибора
применяется либо вибрационный гальванометр (на низких
частотах до 300 Hz), либо те-
лефон (на звуковых частотах).
Если, изменяя г и М2 до-
биться отсутствия тока в при-
боре О, то измеряемую час-
тоту можно вычислить по ве-
личинам сопротивлений и коэ-
фициентов взаимной индук-
тивности. Действительно, от-
сутствие тока в нулевом при-
боре G может быть достиг-
нуто при одновременном вы-
полнении двух условий:
Рис. 312. Схема Кемпбелла.
Г1Г2 = ^^1^2
г/2 = rMv
(74)
(75)
где L2—коэфициент индуктивности вторичной обмотк^ТИ2.
Как видно из выражений (74) и (75),в первое из них не входит г.
Поэтому второе условие можно
выполнить заранее. Тогда, изме-
няя только коэфициент взаимной
индуктивности Л42, можно до-
стигнуть равновесия моста и вы-
числить частоту по формуле:
2* у VM2
При этом изменение М2 не
нарушит условия (75), так- как
оно не содержит величины М2.
Частотомеры Кэмпбелла из-
готовляются фирмой Кэмбридж-
ская компания в виде перенос-
ных приборов. На рис. 313 по-
казан внешний вид этого час-
рис. 313. Частотомер Кемп- тотомера, шкала которого гра-
белла. дуирована непосредственно в
герцах. Рукоятка над шкалой
служит для изменения коэфициента взаимной индук-
тивности М2, при установлении равновесия моста. Наи-
большее изменение М2 в этом частотомере соответствует
413
диапазону частот от 600 до 1400 Hz. Путем изменения
сопротивления г2, не входящего,в условие (75), можно по-
лучить еще восемь пределов измерений, охватывающих
частоты: 18—40,30-65,60—140, 120—260, 180—400,300—650,
600—1400, 1200—2600 и 1800—4000 Hz. Таким образом,
частотомер допускает измерение частоты в пределах от
18 до 4000 Hz.
§ 181. Волномеры. Стрелочные частотомеры, охваты-
вающие диапазон частот от промышленных до тональных,
непригодны для измерений радиочастот. Действительно,
имея сравнительно сложную схему, стрелочные частото-
меры при столь высоких частотах становятся ненадеж-
ными. Наличие потерь в диэлектриках конденсаторов
(см. § 117), потерь в обмотках и сердечниках катушек ин-
дуктивности может изменять картину распределения токов
в такой схеме;. Поэтому частоты радиодиапазона (10б Hz и
выше) измеряются почти всегда резонансным методом с по-
мощью так называемых волномеров. Идея волномера
такова: тщательно выполненный колебательный контур
(рис. 314) с градуированным переменным конденсатором С
связывается индуктивно с измеряемой цепью, благодаря
чему в нем возбуждаются колебания той же частоты, что
и колебания в измеряемой цепи. Путем вращения рукоятки
меняют емкость конденсатора контура и тем изменяют
частоту его собственных колебаний. Индуктированный
в этом измерительном контуре ток, а следовательно и
напряжение на зажимах конденсатора резко возрастают
в момент, когда L и С контура будут настроены в резо-
нанс с приходящими колебаниями, так как в этот момент
полное сопротивление контура будет минимальным. Зная
414
величины L и С можно вычислить частоту резонансных
колебаний, пользуясь формулой Томсона
/='2?]Ztc+(1а) •
Изменение силы тока и напряжений в контуре наблю-
дается при помощи какого-нибудь индикатора (mA, рис. 314а).
В качестве таких индикаторов служат тепловые или термо-
электрические миллиамперметры (см. § 43), небольшие
Рис. 315. Резонансные кривые волномеров.
электрические лампочки накаливания, (рис. 314b) и обыч-
ные телефонные трубки, включенные через детектор.
На рис. 314 а и b изображены две примерные схемы
волномеров. Как видно из этих рисунков, индикаторы не
включаются последовательно или параллельно всей индук-
тивности контура L, а связываются лишь с частью витков
ее. Такая ослабленная связь нужна для того, чтобы умень-
шить активное сопротивление контура или, как говорят,
уменьшить его затухание. Уменьшение затухания позволяет
получить более острую форму кривой резонанса для дан-
ного контура. На рис. 315 дан ряд резонансных кривых
для разных величин активного сопротивления контура.
Из этих кривых видно, что при наличии в контуре малого
затухания (г = 5 2) кривая резонанса идет очень круто и
некоторому изменению силы тока в контуре Д/ соответ-
ствует небольшое изменение частоты Д/. При большом
затухании (г =15 2) кривая резонанса идет очень плавно
41&
и тому же изменению силы тока А/ соответствует значи-
тельно большее изменение частоты А/. Такой волномер не
может быть точным.
При пользовании волномером, определив по индика-
тору положение конденсатора, соответствующее резонансу,
обычно производят отсчет по шкале конденсатора в деле-
ниях, а затем уже переводят полученное значение в ча-
стоту помощью специальной таблицы или градуировочной
кривой.
Для расширения пределов измерения, волномеры часто
снабжаются набором катушек индуктивности. В этом слу-
чае для каждой катушки дается своя градуировочная та-
блица или кривая.
Волномерами измеряют частоты от 104 Hz до 108 Hz.
Погрешность технических волномеров составляет 2—3%.
Для точных волномеров эта погрешность снижается до
0,5%.
ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОВТОРЕНИЯ И ЗАДАЧИ
1. Чем отличаются вибрационные частотомеры конструкции
Кемпфа и Фрама?
2. Почему из всех язычков вибрационного частотомера наи-
более интенсивно колеблется только один?
3. Можно ли включить частотомер, рассчитанный на напря-
жение 110 V, в сеть с напряжением 127 V?
4. Что нужно добавить, чтобы применить частотомер на
110 V для измерения частоты в сети с напряжением
220 V?
5. Частотомер на 120 V обладает сопротивлением 8000 Q.
Каково должно быть добавочное сопротивление, чтобы
этот частотомер • можно было включить в сеть с напря-
жением 220. V?
6. Влияют ли внешние магнитные поля на показания ви-
брационных частотомеров?
7. Погрешность логометра составляет zt 2% от полного
отклонения Какую погрешность в измерении частоты
можно ожидать, если воспользоваться этим логометром
в качестве частотомера, с пределами измерения 48—52Hz?
8. Можно ли в схеме Кемпбелла в качестве нулевого при-
бора воспользоваться термогальванометром (§ 59)?
ГЛАВА XVII
СИНХРОНИЗАЦИЯ МАШИН
ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ РАБОТА ГЕНЕРАТОРОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА
§ 182. Условия параллельной работы. Если шунтовая
машина постоянного тока должна быть присоединена па-
раллельно к другой машине, уже работающей на сеть, то
прежде всего устанавливают нормальную скорость этой
машины. Затем включают ток возбуждения и повышают
его до тех пор, пока напряжение вновь приключаемого
генератора не станет равным напряжению сети. Тогда
замыкают цепь, соединяющую вновь приключаемую ма-
шину с уже работающей. При этом соединения осуще-
ствляются так, чтобы были соединены одноименные зажимы
(плюс с плюсом, минус с минусом). Так как напряжения
обеих машин направлены навстречу друг другу, то они
взаимно уравновешиваются. Вновь приключаемая машина
при этом идет вхолостую.
Если увеличить теперь возбуждение приключаемой ма-
шины, то ее напряжение возрастет, вследствие чего
между машинами появится уравнительный ток, обусло-
вленный разностью напряжений обеих машин. Вновь при-
ключаемая машина начнет брать на себя часть нагрузки
и скорость ее несколько упадет. Первая машина вслед-
ствие этого разгрузится и ее скорость будет возрастать
до тех пор, пока скорости обеих маШин не сравняются.
Таким образом, произойдет перераспределение нагрузки
между машинами, и вновь приключенная машина начнет
давать в сеть некоторый ток.
§ 183. Включение на параллельную работу. Из преды-
дущего следует, что для включения машин постоянного
тока на параллельную работу необходимо выполнить сле-
дующие условия: одинаковая полярность и равенство
напряжений. Одинаковая полярность легко соблюдается
при монтаже всей установки. Если же nq каким-либо
причинам нужно снова проверить полярность, то для этого
легко можно воспользоваться магнитоэлектрическим вольт-
27 Зак. 3924.— Электроизмерительная техника. 417
метром, включив его к зажимам той машины, полярность
которой требуется определить. При правильном отклоне-
нии вольтметра знаки на зажимах вольтметра (плюс и
минус) совпадают с одноименными знаками проверяемых
зажимов (см. § 33).
Равенство напряжений легко установить при помощи
двух вольтметров, включенных к.зажимам сети и приклю-
чаемой машины. Машину следует включать в сеть в мо-
мент совпадения показаний вольтметров.
ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ РАБОТА МАШИН ОДНОФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО
ТОКА
§ 184. Условия параллельной работы. При включении
машины однофазного переменного тока в сеть, на кото-
рую уже работает другая машина, поступают , следующим
образом. Прежде всего увеличивают скорость вновь при-
ключаемой машины до тех пор, пока ее частота не со-
впадет с частотой сети. При этом напряжение вновь при-
ключаемой машины изменением возбуждения регулируют
так, чтобы оно было равно напряжению сети. Помимо
этого необходимо еще, чтобы кривые напряжений обеих
машин совпадали по фазе. Такое состояние машин назы-
вается синхронным, а весь процесс выравнивания частот
и напряжений — синхронизацией.
Если теперь присоединить машину к сети так, чтобы
в каждый данный момент времени напряжения их были
направлены навстречу, то машина будет работать вхоло-
стую. Если в момент включения вновь приключаемая ма-
шина имеет скорость несколько отличную от скорости
уже работающей, то это равносильно отставанию или
опережению по фазе напряжения приключаемой машины.
Этот сдвиг вызывает уравнительный ток в цепи обеих
машин, который приводит якори машин в одинаковое-
положение и выравнивает, таким образом, скорости машин.
Когда это одинаковое положение якорей относительно
статоров достигнуто, уравнительный ток исчезает.
Таким образом, скорость машины переменного тока
определяется электрическими условиями и изменение ско-
рости одной из машин путем воздействия на возбуждение,
как это имело место на постоянном токе, здесь уже невоз-
можно. Отсюда следует, что нагрузить вновь приключае-
мую машину можно не электрическим путем, а путем воз-
действия на первичный двигатель, например, паровую ма-
шину. Изменяя количество пара, подаваемого паровой ма-
шине, мы заставим несколько сдвинуться якорь машины
418
в сторону опережения. Следствием этого будет сдвиг.по
фазе между напряжениями, а это вызовет некоторый ура-
внительный ток в якоре приключаемой машины. Машина
начнет тогда брать на себя нагрузку.
Таким образом, при синхронизации машин переменного
тока нужно выполнить следующие условия:
1) равенство частот;
2) равенство напряжений;
3) совпадение напряжений по фазе.
§ 185. Согласование частот. Согласование частоты
вновь приключаемой машины с частотой сети осуще-
ствляется по показаниям ча-
стотомера, приключенного
к зажимам машины. Ско'
рость вновь приключаемой
машины увеличивают до тех
пор, пока частота вновь
приключаемой машины не
окажется равной частоте
сети. Последнюю измеряют
при помощи второго часто-
томера. Чтобы избежать 'не-
удобств, связанных с на-
блюдениями за показаниями
двух отдельных приборов,
часто оба частотомера СО- Рис. 316. Двойной частотомер для
вмещают в одном корпусе. синхронизации.
Это позволяет одним на-
блюдением легко оценить соответствие частот, определить
необходимость ускорения или замедления вновь при-
ключаемой машины. На рис. 316 показан такой „двойной"
частотомер для синхронизации (см. § 178). Два ряда языч-
ков расположены так, что язычки одинаковой частоты
находятся один против другого, а это облегчает возмож-
ность оценить совпадение частот.
§ 186. Включение на „погасание*. После того, как
приблизительно установлена частота вновь приключаемой
машины, регулируют возбуждение машины так, чтобы ее
напряжение было равно напряжению сети. Теперь следует
согласовать напряжения по фазе. Для этого между зажи-
мами сети и приключаемой машины включают лампы на-
каливания так, как это показано на рис. 317.
При небольшой разнице в частотах, якори вновь при-
ключаемой и уже работающей машины периодически изме-
няют свое положение относительно статоров. В некоторые
моменты времени якори обеих машин занимают одинаковое
27* 419
положение, затем якорь машины, вращающейся с большей
скоростью, начинает опережать и несколько смещается
в сторону опережения по отношению к якорю другой
машины. Спустя некоторое время, когда якорь опережаю-
щей машины сместится вперед на величину одного полюс-
ного шага, якори машин снова совпадут. Совпадение поло-
жения якорей машин, хаким образом, будет происходить
периодически, тем чаще, чем быстрее вращается одна ма-
Рис. 318. Нулевой
вольтметр.
шина в сравнении с другой. При этом, в моменты совпа-
дения якорей, напряжения обеих машин будут в фазе,
а напряжение на зажимах фазовых ламп будет равно нулю.
По мере того, как якори машин смещаются, напряжение
на зажимах разовых ламп растет и лампы начинают ярко
гореть. Моменты совпадения кривых напряжения по фазе
соответствуют моменту отсутствия напряжения на зажимах
фазовых ламп. Машину включают в момент, когда лампы
гаснут. Этот способ включения на параллельную раб /ту
называется включением на погасание.
Так как погасание ламп не является достаточно надеж-
ным способом определения отсутствия напряжения между
одноименными зажимами сети и приключаемой машины,
часто кроме фазовых ламп применяют еще так называе-
мый нулевой вольтметр 1/0 (рис. 317). Такой вольтметр
(рис. 318) конструируется так, чтобы в начале шкалы он
обладал наибольшей чувствительностью. Включение ма-
шины производится в момент, когда стрелка вольтметра
близка к нулевой отметке, а лампы погасли.
420
Для синхронизации машин высокого напряжения лампы
и нулевой вольтметр- включаются через трансформаторы
напряжения так, как это показано на рис. 319. При -этом
заземляются одноименные за-
жимы вторичных обмоток
трансформаторов.
§ 187. Включение на „го-
рение". Если фазовые лампы
присоединить к разноименным
зажимам сети, как это пока-
зано* на рис. 320, то нетрудно
видеть, что в моменты совпа-
дения напряжений по фазе
лампы будут гореть ярко,
а в моменты наибольшего
сдвига — гаснуть. При такой
схеме включение машины в
сеть производят в моменты
яркого горения ламп, поэтому
этот способ называется вклю-
чением на „горение".
В случае машин высокого
Рис. 319. Схема синхронизации на
„погасание" через измерительные
трансформаторы.
напряжения, лампы включаются через измерительные транс-
форматоры по схеме рис. 321. Здесь приходится заземлять
разноименные зажимы вторичных обмоток трансформаторов.
Сеть
Включаемая машина
Рис. 320. Схема синхро-
низации на ^горение".
Рис. 321. Схема синхронизации на „го-.
,рение" через измерительные транс-
форматоры.
§ 188. Включение через вспомогательный трансформа-
тор. Рассматривая технические и эксплоатационные ха-
421
рактеристики описанных способов синхронизации, можно
притти к следующим выводам.
Включение на погасание теоретически более точно, чем
включение на горение, так как при этом способе в боль-
шей степени выявляется сдвиг по фазе между напряже-
ниями. Однако, в момент погасания фазовых ламп при
включении на погасание, результирующее напряжение
изменяется очень быстро. Замыкание выключателя воз-
можно поэтому лишь в течение весьма короткого времени.
СетЬ
Рис. 322. Схема синхронизации при помощи
вспомогательного трансформатора.
Это нервирует машиниста, вследствие чего он включает
или слишком рано или слишком поздно. При включении на
горение гораздо легче уловить момент максимума напря-
жения и надежнее произвести включение. С другой сто-
роны, при включении фазовых ламп через измерительные
трансформаторы способ горения имеет тот недостаток, что
заземляются не одноименные зажимы вторичных обмоток
трансформаторов, как это принято в измерительной тех-
нике (см. § 175), а разноименные.
Способ включения через вспомогательный трансформа-
тор (рис. 322) использует теоретически более совершен-
ное действие способа погасания, при эксплоатационных
преимуществах способа горения. Вспомогательный транс-
форматор Т трансформирует напряжение одной из машин
и, *гем самым, отделяет вторичные цепи измерительных
трансформаторов.
Фазовая лампа L включена на горение. Нулевой вольт-
метр Vo включен по способу погасания и позволяет точно
установить момент включения машины. Благодаря разделен-
422
ным вторичным обмоткам измерительных трансформаторов,
можно заземлять одноименные зажимы.
ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ РАБОТА МАШИН ТРЕХФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО
ТОКА
§ 189. Особенности включения при трехфазном токе.
Описанные способы включения на параллельную работу
могут быть применены и при включении трехфазных ма-
шин. При этом можно даже не применять фазовой лампы
для третьего провода, и совпадение фаз устанавливать
лишь для' двух проводов. Однако, при этом необходимо,
чтобы порядок следования фаз в проводах приключаемой
машины был совершенно таким же, как и в сети. Это при-
водит к необходимости определять порядок следования
фаз перед тем, как вести процесс синхронизации. Такое
определение порядка следования фаз следует произвести
при монтаже всей установки. В случае необходимости его
можно проверить одним из описанных ниже способов.
§ 190. Определение порядка следования фаз. Для опре-
деления порядка следования фаз служат небольшие асин-
хронные двигатели трехфазного тока,
направление вращения якоря которого
заранее известно. Подобный указатель
порядка следования фаз состоит из
трех небольших электромагнитов, об-
мотки которых включаются в цепь трех-
фазного тока звездой. Электромагниты
создают вращающееся магнитное поле,
которое увлекает за собой небольшой
алюминиевый диск. На рис. 323 пока-
зан внешний вид такого указателя по-
рядка следования фаз, изготовляемого
заводом „Электроприбор". Включив ука-
затель в цепь трехфазного тока путем
переключения проводов, добиваются
правильного вращения диска указателя
Рис. 323. Указатель
порядка следован!я
фаз типа ИУФ завода
„Электроприбор".
(направление вращения указано стрелкой). Тогда порядок
следования фаз, указанный на зажимах указателя, соответ-
ствует действительному порядку.
Порядок следования фаз можно определить и другим
способом, пользуясь лампами накаливания и конденсато-
рами. Если включить две лампы накаливания LX1 L2 и кон-
денсатор С так, как это показано на рис. 324, то в силу
появляющейся асимметрии напряжений одна из ламп горит
значительно ярче другой. При этом, если порядок следо-
вания фаз соответствует рис. 324, то ярко горит лампа
423
а не Правило определения порядка следования
этим способом легко запомнить, если принять во внимание,
что
ярко горящая лампа должна быть присоединена к фазе
непосредственно следующей
за конденсатором: „ярко горя-
щая лампа отстает от конден-
сатора".
§ 191. Ламповые синхро-
Рис. 324. Схема для определения
порядка следования фаз.
носкопье Для включения на
параллельную работу машин
трехфазного тока фазовыми
лампами можно воспользо-
ваться еще и Ъ другой схеме.
На рис. 325 показана*схема
включения трех ламп, так на-
зываемого, лампового синхро-
носкопа. Эти три лампы по-
мещают в один общий кожух,
Включаемая машина•
Рис. 325. Схема лампового син-
хроноскопа.
располагая их в вершинах
треугольника. Матовое стекло крышки позволяет наблю-
дать за лампами, укрепляя синхроноскоп на щите подобно
обычным измерительным при-
борам. Лампы включены таким
образом, чдо при разнице в
частотах работающей и вновь
включаемой машины лампы
попеременно гаснут и заго-
раются. Наблюдатель при этом
видит перемещение тёмного
пятна потухшей лампы по
окружности синхроноскопа
в том или ином направлении,
смотря по тому опережает
или отстает включаемая ма-
шина. Лампы располагаются
так, чтобы при скорости ма-
шины ниже синхронной тем-
ное пятно перемещалось про-
тив часовой стрелки, а при
скорости выше синхронной,—
по часовой стрелке. Соответ-
ственно этому, на крышке
синхроноскопа имеются надписи „медленнее" и „быстрее44.
Это означает, что при вращении темного пятна в сто-
рону „быстрее", включаемая машина идет со скоростью
выше синхронной, и наоборот. Машину рключают при мед-
424
ленном вращении темного пятна в сторону „быстрее",
в момент, когда это пятно находится в верхней части ма-
тового стжла. Это положение соответствует случаю пол-
ного си 1хронизма.
§ 192. Электромагнитный синхроноскоп завода „Эле-
ктроприбор*. Кроме ламповых синхроноскопов, использую-
щих принцип включения на горение или погасание, приме-
няются также синхроноскопы, осуществленные в виде нор-
мальных стрелочных при- -
боров.
На рис. 326- показан
внешний вид такого син-
хроноскопа, изготовляемого
заводом „Электроприбор".
Основные детали этого при-
бора те же, что и в фазо-
метре того же завода
(рис. 281). Различие заклю-
чается лишь в том, что ка-
тушки В1 и В2 делаются из
большего числа витков тон-
кой проволоки и включа-
ются так, как это показано
на рис. 327. Трехфазный
ток, протекающий по ка-
тушкам В{ и В2, создает
вращающийся магнитный поток, перпендикулярный оси
подвижной части, но совпадающий с плоскостью листочков
сердечника F (рис. 281).
При совпадении частот работающей и приключаемой
машин максимум магнитного потока катушки А застает
вращающийся поток всегда в одном и том же месте
пространства, так как в этом случае вращающийся маг-
нитный поток совершает один полный оборот за время
полного периода изменения пульсирующего потока ка-
тушки А. Благодаря этому горизонтальные листочки сер-
дечника расположатся как раз по оси вращающегося поля,
оставаясь неподвижными в том месте, где максимум по-
тока катушки совпадает с вращающимся потоком.
Если включаемая машина вращается со скоростью выше
синхронной, то максимум магнитного потока катушки на-
ступает тогда, когда вращающийся поток успел уже сдви-
нуться на некоторый угол относительно прежнего положе-
ния. Листочки сердечника, стремясь занять это новое по-
ложение, также сместятся вместе со стрелкой прибора.
Так как в следующий период вращающийся поток ока-
425
жется сдвинутым еще дальше, то стрелка переместится еще
дальше по шкале. Таким образом, стрелка будет вращаться
и тем быстрее, чем > больше отличаются частоты вклю-
чаемой и работающей машин. При вращении включаемой
машины со скоростью ниже синхронной, стрелка синхроно-
скопа будет вращаться в обратную сторону. В момент пол-
ного совпадения частот она остановится; если при этом
имеется также и совпадение по фазе, то стрелка располо-
Рис. 327. Схема включения электромагнитного
синхроноскопа.
жится точно против отметки на шкале, соответствующей
полному синхронизму. В противном случае, стрелка может
остановиться в любом другом месте шкалы. Таким обра-
зом, полному синхронизму соответствует одно вполне опре-
деленное положение стрелки на шкале.
Машину следует включать при медленном движении
стрелки синхроноскопа в сторону „быстрее" в момент со-
впадения ее с отметкой, соответствующей полному синхро-
низму.
ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОВТОРЕНИЯ И ЗАДАЧИ
1. Каковы условия параллельной работы машин постоянного
тока?
2. Как определить полярность сети постоянного тока?
3. Какие дополните 1ьные условия нужно соблюдать при
синхронизации машин переменного тока?
4. Каковы преимущества и недостатки синхронизации на
„погасание" и на „горение"?
5. Почему включение производят при несколько большей
скорости вновь приключаемого генератора, а не при
меньшей?
6. Частота сети 50 Hz. Стрелка электромагнитного синхро-
носкопа вращается в сторону „быстрее" и делает 1 обо-
рот в 4 секунды. Какова частота напряжения вновь
приключаемой машины?
7. Составьте схему включения лампового синхроноскопа
для трехфазной цепи через измерительные трансформа-
торы.
426
ГЛАВА XVIII
ТЕЛЕИЗМЕРЕНИЯ
ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ
§ 193. Проблема телеизмерений. Телеизмерением назы-
вается такое измерение, при котором объект измерения —
электрическая машина, распределительное устройство, те-
пловое хозяйство и др. — расположен на большом рас-
стоянии от места, где производится отсчет измеряемой ве-
личины.
Необходимость в такого рода измерениях возникает,
например, в электрических сетях, питаемых в нескольких
местах отдельными электростанциями. В этом случае эконо-
мичность производства электроэнергии зависит от слажен-
ности работы отдельных станций.
Так, если сеть питается двумя станциями, о^на из кото-
рых использует энергию реки (гидростанция) и'расположе-
на на значительном расстоянии от потребителя города,
а другая расположена в черте города и работает на топ-
ливе (тепловая станция), то распределение нагрузок между
ними зависит не только от самих станций, но и от состоя-
ния всей потребляющей сети, а также от себестоимости
энергии той и другой станции.
Последнее обстоятельство заставляет, например, прежде
всего нагружать гидростанцию, где себестоимость электро-
энергии, как правило, значительно ниже, чем себестоимость
энергии тепловой станции. С другой стороны, работа гидро-
станции часто находится в большой зависимости от состоя-
ния реки, а это заставляет иметь всегда резервную машину,
не связанную с водной энергией, и часто приводит к не-
возможности использовать полную мощность гидростанции.
Если при этом еще учесть расположение отдельных потре-
бляющих точек относительно станций, становится ясным,
что правильное распределение нагрузок между станциями
в каждый данный момент изменяется и определяется не
только предварительно составленным графиком работы.
При большем числе электростанций, работающих на общую
427
сеть, трудности, связанные с распределением нагрузок, ста-
новятся еще более заметными, и организация особого
центрального пункта, откуда производится управление всеми
станциями, оказывается совершенно необходимой. Такой
центральный пункт управления называется диспетчер-
ским.
Диспетчерский пункт оказывается нужным не только
в энергетической промышленности, но и в других отраслях,
например, металлургической, где организация такого пун-
кта приводит к более рациональному и экономичному ис-
пользованию оборудования и технических возможностей
отдельных звеньев предприятия. *
Однако, диспетчерский пункт может только тогда пол-
ностью оправдать себя, когда в нем бу/ут сосредоточены
все измерения, характеризующие производственный про-
цесс. Только в этом случае диспетчер может быстро ориен-
тироваться и принять нужные решения для тех или иных
изменений в производственных условиях.
Таким образом, мы приходим к необходимости произ-
водить измерения ца значительных расстояниях самых
разнообразных величин: мощности, напряжения, давления
пара и т. д.
Часто все эти величины необходимы диспетчеру одно-
временно, так как состояние производственного процесса
может быть установлено лишь по показаниям нескольких
измерительных приборов. А'это приводит к необходимости
передавать на диспетчерский пункт несколько показаний
одновременно и прокладывать для этого несколько пар
проводов. При таких условиях обычные методы оказы-
ваются неприемлемыми, так как не могут обеспечить не-
обходимой точности и требуют слишком много проводов
для связи диспетчерского пункта с местом измерения. Так,
например, для измерения мощности трехфазного тока при-
шлось бы протянуть по меньшей мере семь проводов,
причем по четырем из них протекал бы ток в несколько
ампер, создавая излишние потери и снижая точность изме-
рения. Поэтому для измерения на сравнительно больших
расстояниях пользуются специальными методами и аппара-
турой, положившими начало особой отрасли электроизме-
рительной техники — телеизмерениям.
§ 194. Общие принципы телеизмерения. Характерным
во всякой телеизмерительной установке является следующий
процесс.
1. На месте измерения, часто называемом дающей сто-
роной, измеряемая величина превращается в некоторую
новую электрическую величину, удобную для измерения
428
на расстоянии. Так, например, мощность трехфазной сети
может быть превращена в пропорциональный постоянный
ток с тем, чтобы 'его затем измерить на расстоянии, поль-
зуясь вместо семи проводов только двумя.
2. Эта новая величина передается на место отсчета
(диспетчерский пункт) по проводам. Линия, необходимая
для этой цели, называется каналом связи. В качестве
канала связи при телеизмерениях часто пользуются уже
проложенными линиями, например, телефонными, телеграф-
ными или линией высокого напряжения.
3. На месте отсчета или принимающей стороне изме-
ряется та величина, которая передается по каналу связи.
Шкала измерительного прибора градуируется непосред-
ственно в единицах величины, измеряемой на дающей сто-
роне.
Основным для всякой телеизмерительной системы яв-
ляется выбор величины, передаваемой по каналу связи,
так как от правильного выбора этой величины зависит
точность телеизмерения. Так, если по каналу связи пере-
давать некоторый ток, пропорциональный измеряемой вели-
чине, а на принимающей стороне измерять силу этого тока,
то при этом неизбежны погрешности, обусловленные изме-
нениями в сопротивлении линии. Напротив, канал связи
не будет оказывать влияния на точность измерения, если
поступить так: преобразовать измеряемую величину в пе-
ременный ток таким образом, чтобы частота, а не сила
этого переменного тока, была пропорциональна измеряемой
величине. Тогда изменение сопротивления линии связи вслед-
ствие, например, колебания температуры, не будет вызы-
вать изменения частоты и канал связи, следовательно,
не внесет погрешности в измерение. Избежать влияния
канала связи можно также, передавая по нему импульсы
тока так, чтобы измеряемой величине был пропорционален
промежуток времени между импульсами, а не частота. На
принимающей стороне в этом случае нужно измерить
каким-либо способом время между импульсами и по этому
времени можно судить о величине, подлежащей измерению
на дающей стороне.
Все методы телеизмерения, основанные на передаче
импульсов, называются импульсными в отличие
от первых, называемых методами интенсив-
ности.
Влияние канала исключают еще и третьим способом,
в котором стремятся автоматически учесть изменения тока
в линии, вызванное всеми побочными причинами. Такие
системы называются компенсационными.
429
ТЕЛЕИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ
§ 195. Импульсные методы телеизмерения. Как было
указано выше, импульсные методы телеизмерения для пе-
редачи показаний используют либо импульсы, либо пере-
менны^ ток. При этом различают три основные типа си-
стем, основанные на этом принципе:
1. Частотно-импульсные системы, в которых по каналу
связи передается частота импульсов или частота перемен-
ного тока.
2. Время-импульсные, в которых непрерывно измеряется
промежугоквремени между импульсами или длительность им-
пульсов.
3. Число импульсные, в которых для приема показаний
пользуются общим числом импульсов, переданных по ка-
лалу связи.
Импульсные системы телеизмерений получили широкое
применение э энергетических системах, где встречаются
с необходимостью передать показания измерительных при-
боров ра большие расстояния. Объясняется это тем, что
в этих системах полностью исключено влияние канала
связи, и благодаря этому расстояние между местом изме-
рения и местом отсчета не играет никакой роли.
В настоящее время существует много конструкций,
осуществляющих этот принцип телеизмерения. Здесь мы
ограничимся рассмотрением лишь одной из них, а именно
фото-импульсной системы ОЛИЗа завода „Электроприбор',
Рис. 328. Схема фогоимпульсной телеизмерительной системы ОЛИЗа завода
„Электроприбор*.
уже достаточно зарекомендовавшей себя в практике. На
рис. 328 показана принципиальная схема этой системы,
предназначенная для телеизмерения мощности.
Диск индукционного счетчика W имеет по краям зубцы,
прерывающие при вращении диска свет от лампы. L. Пре-
рывистый световой луч, попадая на фотоэлемент F. создает
430
в его цепи фототок, который появляется каждый раз, когда
фотоэлемент оказывается освещенным. В тот момент, когда
зубец диска прервет луч света, фотоэлемент окажется
затемненным и фототок прекратится. Таким образом, в цепи
фотоэлемента будет протекать прерывистый ток, число
пульсаций которого точно равно числу прерываний луча
света. Таких прерываний в единицу времени, например,
Рис. 329. Внутреннее устройство датчика фото-
импульсном системы-
в секунду, будет тем больше, чем быстрее вращается диск
счетчика, т. е. чем больше измеряемая мощность. Иначе
говоря, частота фототока будет пропорциональна измеряе-
мой мощности.
При помощи лампового усилителя сравнительно слабый
фототок (несколько микроампер) усиливается и подается
в канал связи. На принимающей стороне измеряется частота
этого тока, причем указатель частотомера Р градуируется
непосредственно в единицах мощности, например, в кило-
ваттах.
431
Таким образом, показания указателя Р будут зависеть
от величины измеряемой мощности, причем на показания
этого указателя не влияют ни канал связи, ни колебания
напряжения вспомогательного источника тока в усилителе
и приемнике. Смена перегоревших усилительных ламп или фо-
тоэлемента также не влияет на показания приемника, так как
при смене ламп частота тока в канале связи не изменяется,
изменяется лишь амплитуда этого тока, не влияющая на
показания приемника.
Благодаря указанным достоинствам, фотоимпульсная
система нашла применение в самых разнообразных отра-
слях техники.
Описанная схема служит для измерения мощности, так
как первичным измерительным прибором на дающей сто-
роне служит счетчик энергии. Однако, ее можно применить
для измерения и других величин, например, силы тока или
напряжения. Так, для случая измерения напряжения после-
довательная и параллельная обмотки счетчика делаются
из большого числа витков тонкой проволоки и соединяются
параллельно. В этом случае скорость вращения диска, а
следовательно, и частота тока в канале связи, зависит
только от измеряемого напряжения.
В тех случаях, когда бывает необходимо измерить сум-
марную мощность нескольких генераторов, применяется
специальный суммирующий счетчик; такой счетчик состоит
из нескольких отдельных счетчиков, диски которых наса-
живаются на одну общую ось. В этом случае, скорость
вращения подвижной части такого многоэтажного счетчика
пропорциональна суммарной мощности всех генераторов.
На рис. 329 показано внутреннее устройство датчика
фотоимпульсной системы.
§ 196. Компенсационные методы телеизмерений На
рис. 330 показано схематическое устройство компенсацион-
ной системы телеизмерений, основанной, на компенсации
напряжений переменного тока.
Датчик D состоит из ярма Fx, на котором расположена
питаемая переменным током намагничивающая обмотка Мх.
В воздушном зазоре, образованном цилиндрическим сердеч-
ником S, расположена подвижная катушка Аг Эта катушка
либо жестко, либо при помощи спиральных пружин связы-
вается с осью того измерительного прибора, показания
которого желают передать, так что, при вращенйи подвиж-
ной части измерительного прибора, вместе с ней будет
поворачиваться и катушка А. Положение, изображенное на
рис. 330, соответствует нулевому показанию первичного
измерительного прибора, например, манометра. В этом по-
432
ложении магнитные силовые линии в воздушном зязоре
направлены вдоль плоскости рамки и индуктированная
в ней э. д. с. равна нулю. При отклонении катушки Аг на
некоторый угол, в ней будет возникать э. д. с., величина
которой, как нетрудно видеть, пропорциональна углу
поворота, а, следовательно, и показанию манометра.
Приемник Р состоит из совершенно одинаковых с дат-
чиком ярма Л2 и обмотки /И2. Отличие заключается лишь
в том, что у приемника подвижная катушка А2 связана со
стрелкой Z. перемещающейся над шкалой. Шкала прием-
Рис. 330. Схема компенсационной системы телеизмерений.
ника градуируется непосредственно в единицах той вели-
чины, которая измеряется на дающей стороне, в нашем
случае, в kG/cm2.
Действие системы заключается в следующем: э. д. с., воз-
никающая в катушке Alf создает в линии ток, проте-
кающий по катушке А2. Этот ток, взаимодействуя с маг-
нитным потоком в воздушном зазоре приемника, создает
некоторый вращающий момент, отклоняющий катушку Аг
из ее нулевого положения. При этом в обмотке А2 возни-
кает переменная э. д. с., направленная навстречу э. д. с., инду-
ктированной в катушке датчика. Катушка А2 отклоняется
на такой угол, при котором э. д. с. обеих катушек равны
Друг другу. Если датчик и приемник одинаковы — углы
отклонения их подвижных частей также будут одинаковы.
При этом ток в линии будет равен нулю. Следовательно,
угол отклонения подвижной части приемника равен или
пропорционален углу отклонения стрелки первичного изме-
рительного прибора-манометра и поэтому шкалу приемника
можно градуировать непосредственно в kG/cm2.
28 Зак. 392-1. — Электроизмерительная техника. 433
В описанной системе линия связи не оказывает влия-
ния на точность телеизмерения, так как в момент равнове-
Рис. 331. Манометр с компенса-
ционным телеизмерительным дат-
чиком.
сия подвижных частей, т. е.
в момент отсчета, ток в этой
линии практически равен
нулю.
Однако для правильной
работы системы необходимо,
чтобы обе намагничивающие
обмотки питались переменным
током одинакового напряже-
ния как по величине, так и по
фазе и частоте. Это приводит
к необходимости иметь еще
одну линию связи Z2, по ко-
торой протекает довольно
большой ток, что несколько
ограничивает дальность дей-
ствия этой системы.
Правда, в некоторых слу-
чаях когда дающая и прини-
мающая стороны связаны од-
ной и той же сетью, надобность в линии L2 отпадает, и
тогда число проводов уменьшается до двух.
Рис. 332. Схема фотокомпенсанионной телеизмерительной
системы* ВЭИ.
На рис. 331 показан манометр с датчиком описанной
системы в изготовлении ОЛИЗа завода „Электроприбор". На
рисунке видны шестерни, при помощи которых угол пово-
рота стрелки манометра передается на ось датчика.
434
Рис. 333. Внутреннее устройство
датчика фотокомпенсационной
системы ВЭИ.
На рис. 332 показано схематическое устройство другой ком-
пенсационной системы. Здесь первичный измерительный при-
бор Рх при помощи спиральной пружины f связан с рамкой
магнитоэлектрического прибора /<. На оси этого прибора
укреплен рычаг А, управляющий экраном Е2. Экран пред-
ставляет собой пластинку с несколькими узкими щелями.
Второй такой экран £*2 с одинаковым числом щелей рас-
положен неподвижно таким образом, что в нулевом положе-
нии подвижной части щели
экранов перекрывают друг
друга, и свет от лампы L не
попадает на фотоэлемент F.
Усилитель, предназначен-
ный для усиления фототоков,
осуществлен так, чтобы при
затемненном фотоэлементе ток
в канале связи, соединенном
последовательно с рамкой В
компенсационного прибора и
принимающим прибором Р2,
был равен нулю. В качестве
принимающего прибора здесь
применяется обычный магни-
тоэлектрический прибор.
При отклонении подвиж-
ной части первичного при-
бора Pv вследствие закручивания пружины/, поворачивается
также подвижная часть компенсационного прибора. При
этом экран Ех смещается относительно экрана Е2 приот-
крывает щели и пропускает свет на фотоэлемент. Усилен-
ный фототок, протекая по обмотке рамки В, создает в ней
некоторый момент. Обмотка рамки включена таким обра-
зом, чтобы этот момент был направлен навстречу вращаю-
щему моменту первичного прибора.
Благодаря действию этого противодействующего мо-
мента, рамка прибора К отклонится от своего нулевого
положения лишь на столько, чтобы возникающий в ней
противодействующий момент уравновешивал момент первич-
ного прибора. При этом сила тока в обмотке рамки будет,
очевидно, пропорциональна вращающему моменту прибора
Рг А это значит, что отклонение стрелки принимающего
прибора, измеряющего эту силу тока, будет также про
порционально моменту прибора Рг и его шкалу можно
градуировать непосредственно в единицах величины, из-
меряемой прибором Рг
В этой системе канал связи также не оказывает влияния
28*
435
на измерение, так как при любом сопротивлении линии
в цепи компенсационного прибора установится такой ток,
чтобы противодействующий момент, возникающий в рамке
прибора К, был равен вращающему моменту первичного
прибора.
По этой причине на показания не влияют колебания
вспомогательного источника тока, питающего усилитель
и осветительную лампу. При изменении сопротивления линии
или вспомогательного напряжения, подвижная часть ком-
пенсационного прибора установится в такое положение,
чтобы освещение фотоэлемента было достаточным для
создания необходимого тока в канале связи.
На рис. 333 показано внутреннее устройство фотокомпен-
сационной телеизмерительной системы в изготовлении ВЭИ.
Из него видно, что вся необходимая дополнительная аппа-
ратура—компенсационный прибор, фотоэлемент, осветитель-
ная и усилительная лампы помещаются за цоколем нор-
мального щитового прибора. Благодаря этому телеизме-
рительный прибор крепится непосредственно на щите и не
требует для себя дополнительного места.
ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОВТОРЕНИЯ
1. Почему требуются измерения на расстоянии?
2. Какие способы телеизмерений существуют?
'3. Почему канал связи в фотоимпульсной системе (рис. 328)
не влияет на точность измерения?
4. Почему ток в линии/Z,x (рис. 330) при равновесии подвиж-
ных частей датчика и приемника равен нулю?
ГЛАВА XIX
МАГНИТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ
БАЛЛИСТИЧЕСКИЙ МЕТОД ИСПЫТАНИЯ МАГНИТНЫХ
МАТЕРИАЛОВ
§ 197. Общие понятия. Рассматриваемые в настоящей
главе методы магнитных измерений, непосредственно пред-
назначающиеся для получения характеристик промышлен-
ных магнитных материалов, могут быть также применяемы
при исследовании магнитных цепей различных электро-
магнитных механизмов.
Для того чтобы охарактеризовать магнитный материал,
необходимо выявить с одной стороны, его способность
намагничиваться при приложении к нему магнитного поля
(намагничивающих ампер-витков) и с другой стороны,
способность сохранять свое намагничивание после удале-
ния этого магнитного поля.
Способность к намагничиванию оценивается обычно
зависимостью магнитной индукции В от напряженности
магнитного поля //, в котором находится материал.
Если перед испытанием материал был размагничен и
при испытании * напряженность поля непрерывно увеличи-
валась, то эта зависимость называется основной кри-
вой намагничения (ОЛ, рис. 18). Чем круче идет
основная кривая, тем „мягче" материал в магнитном отноше-
нии. На рис. 334 приводятся основные кривые намагниче-
ния для наиболее употребительных материалов.
Основная кривая часто заменяется зависимостью магнит-
ной проницаемости от напряженности намагничивающего
поля при тех же самых условиях.
Магнитная проницаемость есть отношение магнитной
индукции В к напряженности магнитного поля Н.
Эта зависимость имеет характер отличный от основной
кривой намагничения и представлена на рис. 19.
437
Значение ординаты, соответствующей напряженности
поля равной нулю, называется начальной проницае-
мостью наибольшее значение проницаемости—ма-
ксимальной проницаемостью <хтах.
Величина остаточной индукции Вг характеризует сте-
пень сохраняемого материалом намагничения, а коэрцитив-
ная сила Нс1 приблизительно равная отрезку ОС или отрезку
OF, способность материала противостоять размагничению.
Рис. 334. Основные кривые намагничения для различных
материалов.
Основные характеристики магнитных материалов, необ-
ходимые при определении магнитных свойств, приведены
в таблице 13.
Для определения всех этих величин существует целый
ряд методов, из которых наиболее распространенным
является .так называемый баллистический метод.
§ 198. Баллистический метод. Пусть сквозь замкнутый
контур, составленный проводником, проходит поток Ф.
Если в некоторый момент времени изменить величину
или направление этого потока, то в момент изменения
последнего *в контуре появится э.д. с. и через него про-
течет количество электричества, пропорциональное этой
э.д. с.
Импульс количества-электричества будет прямо про-
порционален изменению магнитного потока ДФ, числу
438
ТАБЛИЦА 13
Величина 1 t Символ Связь с другими величинами Единица измерения Обозначе- ние единиц
Магнитный поток .... Ф
максвелл
D Ф 1
В — —- гаусс
О
В = р/У эрстед
Мх
Gs
Ое
Магнитная индукция . .
Напряженность магнит-
ного поля............
Магнитная проницае-
мость ...............
Начальная проницае-
мость ...............
Максимальная проницае-
мость ...............
Остаточная йндукция . .
Коэрцитивная сила . . .
В
И
Р'
Ра
Р'тах
Вг
Нс
гаусс
эрстед
Gs
Ое
витков 72/, из которых составлен контур, и обратно про-
порционален электрическому сопротивлению цепи, по ко-
торой протекает количество электричества:
Q=-W’f® . Ю^кулон] (76)
Как уже было сказано в гл. IX, для измерений кратко-
временных импульсов количества электричества применяется
баллистический гальванометр. Гальванометр этого типа
отличается от обычного большой величиной момента инер-
ции подвижной части.
Увеличение инерции подвижной части необходимо для
того, чтобы гальванометр начинал с.вое движение после
того, когда полностью закончится процесс возникновения
и спада э.д.с., появляющейся в контуре.
При соблюдении этого условия, импульс количества
электричества будет пропорционален углу первого отклоне-
ния гальванометра:
Q — CjCt.
(77)
Коэфициент пропорциональности Q, характеризующий
конструкцию гальванометра, называется баллистиче-
ской постоянной гальванометра.
1 5—площадь сечения, через которое проходит поток.
439
потока.
Сравнивая уравнения (76) и (77), мы можем получить
простую зависимость между отклонением баллистического
гальванометра и величиной изменения магнитного
Сь • г • 108
ДФ = -----
w
Обозначим для простоты величину, стоящую
в числителе через С/, тогда будем иметь:
(78)
а .
перед а
(79)
Эга зависимость дает возможность определить магнит-
ный поток, являющийся основной величиной, необходимой
для получения остальных магнитных характеристик.
Если в магнитном поле, перпендикулярно к направлению
силовых линий магнитного потока, поместить несколько
витков проволоки, присоединив концы их к баллистиче-
скому гальванометру, то в момент изменения потока, сцепляю-
щегося с этими витками, мы получим отклонение гальва-
нометра, пропорциональное этому изменению. Для того
чтобы измерить численное значение изменения магнитного
потока, необходимо только определить заранее постоянную
гальванометра.
Эта постоянная может быть определена или в форме
коэфициента Съ или же С/.
Постоянная С/, имеющая размерность числа максвелл,
приходящихся на одно деление шкалы, кроме конструктив-
ных данных гальванометра, характеризуется также электри-
ческим сопротивлением всей цепи гальванометра, и потому
должна определяться для каждого сопротивления, на кото-
рое замыкается гальванометр.
Постоянная Сь, имеющая размерность числа кулон на
одно деление шкалы, не зависит от сопротивления цепи
и является основной характеристикой баллистического
гальванометра.
Согласно уравнений (78) и (79), между обеими постоян-
ными существует простая зависимость, позволяющая легко
перейти от одного значения к другому:
СЪ' = СЪ г 108
§ 199. Градуировка баллистического гальванометра
При выполнении магнитных измерений, как будет показано
ниже, основной величиной, которую необходимо опреде-
лить в первую очередь, является магнитный поток. Сле-
довательно, гальванометр должен быть проградуирован
440
в единицах магнитного потока, т. е. должна быть опреде-
лена постоянная С/.
Для градуировки гальванометра пользуются такими
образцовыми приборами, которые дают возможность полу-
чить точно известный магнитный поток, сцепляющийся
с контуром, присоединенным к баллистическому гальва-
нометру.
Среди таких приборов
наибольшее распростране-
ние имеют: катушка взаим-
ной индуктивности и посто-
янный магнит, остаточный
поток которого хорошо из-
вестен.
При пропускании через
первичную обмотку катуш-
ки взаимной индуктивно-
сти М (рис. 335) тока силой /,
мы получим поток, сцепляю-
щийся со вторичной обмот-
кой, равный
Ф== MI- 108,
где I — сила тока, выражен
ная в амперах,
М — коэфициент взаим-
ной индуктивности
в генри.
Если мгновенно изменить
силу протекающего по пер-
вичной цепи тока на вели-
чину Д/, то мы получим изме-
нение магнитного потока ДФ:
Рис. 335. Схема для градуировки бал-
листического гальванометра.
ДФ = Л4 • Д/• 108. (80)
Это изменение магнитного потока, при приключении
вторичной обмотки катушки к гальванометру О, вызовет
отклонение гальванометра а, пропорциональное величине
ДФ.
На основании уравнения (80) постоянная гальванометра
получится равной: ,
[максвелл] оч
С г------------------------ . (о!)
а деление
При градуировке гальванометра последовательно с ним
необходимо включить такое сопротивление г, которое,
441
в сумме с сопротивлением вторичной обмотки катушки
взаимной индуктивности, было бы равно сопротивлению,
на которое гальванометр будет замкнут при работе.
Практически силу тока в первичной обмотке изменяют
при помощи переключателя К или от некоторого значения
I до 0, выключая рубильник, или же от некоторого поло-
жительного значения I до того же самого значения в про-
тивоположном направлении, переключая рубильник.
Соответственно формула (81) примет для случая выклю-
чения тока
/М-МО8
и для случая переключения:
__2Л//.1О3
— -
Рие. 336. Катушка взаимной индуктивности.
Обычно нормальные катушки взаимной индуктивности
выполняются в форме плоских катушек, изображенных на
рис. 336. Коэфициент
взаимной индуктивно-
сти дается в паспорте
фирмы или поверочно-
го учреждения.
Кроме плоских нор-
мальных. катушек, ча-
сто пользу ются длинны-
ми соленоидами, снаб-
женными в своей сред-
ней частц^ вторичной
обмоткой, навиваемой
поверх первичной.
Коэфициент взаимной индуктивности таких катушек мо-
жет быть подсчитан непосредственно пб формуле:
М = —10 [генри],
где — число витков первичной обмотки соленоида,
— число витков вторичной обмотки,
S — сечение вторичной обмотки,
I — длина, на которой уложены вц,тки соленоида.
Для того чтобы при подсчете не сделать больших оши-
бок, необходимо, чтобы соленоид был достаточно длинным,
чтобы вторичная обмотка была навита на небольшом от-
резке длины соленоида и чтобы витки соленоида были на-
виты равномерно на правильную цилиндрическую поверх-
442"
ность. Если все эти условия не соблюдены, то лучше
определить коэфициент взаимной индуктивности одним из
существующих для этого методов, (см. §§ 120 и 121).
Второй способ градуировки заключается в применении
постоянного магнита. При определенной обработке посто-
янного магнита можно добиться такого состояния матери-
ала, при котором остаточный поток магнита с течением
времени не будет заметно изменять своей величины.
Если с нейтрального сечения такого постоянного магнита
сбросить катушку из нескольких витков проволоки, соеди-
ненную с баллистическим, гальваномет-
ром, то в катушке, при пересечении по-
тока постоянного магнита, индуктиру-
ется э. д. с.
Количество электричества, которое
протечет через гальванометр, вызовет
отклонение а, пропорциональное оста-
точному потоку постоянного магнита Фг.
Баллистическая постоянная гальвано-
метра в этом случае окажется равной
где w — число витков сбрасываемой ка
тушки.
Конструктивное оформление приспо-
собления»: с постоянным магнитом для
градуировки показано на, рис. 337. Маг-
нит в форме цилиндра из закаленной и
Рис. 337. Прибор с по-
стоянным магнитом для
градуировки баллисти-
ческого гальванометра.
стабилизированной стали помещается
между двумя частями латунной трубки
так, что эти обе части трубки и магнит
представляют непрерывную цилиндриче-
скую поверхность, на которую надевается
измерительная катушка. Сначала катушка задерживается на
нейтральном сечении магнита при помощи стопора; затем
включается гальванометр, освобождается стопор, и катушка,
под действием собственного веса, падает вниз, пересекая
силовые линии, выходящие из магнита. В момент падения
катушки наблюдается отклонение гальванометра и далее
подсчитывается постоянная гальванометра по уравне-
нию (82).
Преимущество этого способа заключается в том, что не
требуется вспомогательный источник тока, который в про-
мышленных условиях не всегда обладает требуемым для
градуировки постоянством напряжения. При* работе с этим
443г
прибором необходимо тщательно охранять его от воздей-
ствия больших магнитных полей, которые могут изменить
значение остаточного потока. Время от времени величина
остаточного потока должна поверяться.
§ 200. Испытание магнитных материалов. Как уже было
сказано ранее, баллистический метод дает возможность
определить магнитный поток по отклонению баллисти-
ческого гальванометра, при изменении величины или на-
правления магнитного потока.
Если в пустотелую намагничивающую катушку поме-
стить цилиндрический или призматический образец испы-
туемого материала, то при пропускании через катушку
электрического тока внутри катушки возникнет магнитное
поле, которое в свою очередь, намагнитит испытуемый
образец до некоторого состояния, характеризуемого индук-
цией В.
Возникшую магнитную индукцию В мы можем рас-
сматривать, как плотность потока силовых линий, прохо-
дящих через образец и считать равной:
где Ф— поток силовых линий магнитной индукции,
S—поперечное сечение испытуемого образца.
Если на образец в его средней части навить несколько
витков проволоки и концы полученной измерительной ка-
тушки присоединить к гальванометру, то при быстром из-
менении магнитного потока, проходящего через образец,
мы будем получать отклонение гальванометра, пропорцио-
нальное этому изменению. Следовательно при изменении
потока Ф на величину ДФ мы можем написать:
ДФ = —, (83)
10
где а — отклонение гальванометра,
w — число витков измерительной катушки.
Если нам необходимо определить какую-нибудь точку
на основной кривой намагничения, то мы устанавливаем
намагничивающий ток, соответствующий желаемому состо-
янию материала. Пусть это будет точка А (рис. 338), тогда
для определения величины индукции В поступают следую-
щим образом: изменяют направление намагничивающего тока
на прямо противоположное, не изменяя его величины. При
изменении направления тока, изменится направление магнит-
ного поля и образец перемагнитится вд;ль гистерезисного
цикла, т. е. его состояние будет характеризоваться симме-
444
тричной точкой Др соответственно этому магнитный поток
Фр проходивший через образец, получит значение — Фо
т. е. полное изменение потока ДФ будет в данном случае
равно 2Фр
За счет этого изменения магнитного потока мы получим
отклонение гальванометра «1 и согласно формулы (83) бу-
дем иметь:
Рис. Зд8. Получение основной коммутационной кривой
намагничения.
Деля обе части равенства на величину площади попе-
речного сечения испытуемого образца S, получим
__D
5 2wS v
Увеличивая силу намагничивающего тока, получим новое
значение потока Ф2 и, проделывая те же операции, сможем
определить новое значение индукции Z?2 и т. д.
Полученная таким образом кривая называется основ-
ной коммутационной кривой намагничения.
Несколько сложнее стоит вопрос с определением вто-
рой координаты точек основной кривой намагничения, т. е.
напряженности магнитного поля. Помещая испытуемый
образец в намагничивающее поле, мы намагничиваем его до
445
некоторого магнитного состояния, характеризуемого индук-
цией В. Намагниченный образец сам становится источником
магнитного поля, которое будет направлено обратно полю,
созданному намагничивающей катушкой.
Назовем намагничивающее поле катушки внешним по-
лем и обозначим его символом Н\ поле, созданное намаг-
ниченным образцом, назовем размагничивающим полем и
обозначим символом /70; тогда вблизи образца мы будем
иметь напряженность поля, равную разности величин Н и
HQ. Считая, что внутри образца напряженность поля равна
напряженности в точках, близких к поверхности, получим
действительное внутреннее намагничивающее поле равным:
При испытании очень длинных образцов с малым попе-
речным сечением величиной поля Ио можно пренебречь и
считать /^ = /7, однако, в практике магнитных измерений
такие случаи весьма редки и величину 770 необходимо
вводить в подсчеты.
Определение напряженности поля Н не представляет
никаких затруднений и может быть произведено по изме-
ренному значению силы намагничивающего тока по фор-
муле:
гТ 0,4^7 г , /о.ч
Н [эрстед], (84)
где — число витков намагничивающей катушки,
I—сила намагничивающего тока в амперах,
I — длина намагничивающей катушки в сантиметрах.
Эта формула является точной только для случая бес-
конечно длинного соленоида и при ответственных измере-
ниях применяема быть не может. Точное значение напря-
женности поля намагничивающей катушки определяется при
помощи так называемой „постоянной намагничивающей
катушки", определяемой экспериментально и имеющейся
в паспорте катушки.
Соответственно этому имеем:
Н = К1 [эрстед],
„ эрстедах
где л — постоянная катушки в —-------->
ампер
I—сила намагничивающего тока в амперах.
Так как определение поля 770 представляет известные
затруднения и возможно только для образцов правильной
формы, то пользуются методами, позволяющими устранить
446
его влияния; с тем, чтобы всегда можно было считать
Если изготовить испытуемый образец в форме кольца
и обвить его равномерно намагничивающей обмоткой, то
в этом случае напряженность поля Но будет равна нулю
и внешнее поле будет равно внутреннему.
Для такого рода обмотки формула (84) является совер-
шенно точной и мы можем подсчитать напряженность
внутреннего поля как
_ 0,47tWj/
Для определения магнитной индукции В, как и в случае
испытания в открытой намагничивающей катушке, на
образец навивается измерительная обмотка, присоединяемая
к баллистическому гальвано-
метру и определение ведется
при помощи приемов, описан-
ных ранее.
Другим, технически более
употребительным, методом ис-
ключения размагничивающего
поля Но является применение
специального прибора, назы-
ваемого пермеаметром (рис.
339).
Устройство простейшего
пермеаметра основано на еле- Рис. 339. Устройство пермеаметра,
дующем принципе: испытуе-
мый образец замыкается по
концам массивной железной скобой F или двумя скобами,
называемыми ярмом. Назначение ярма: провести весь
магнитный поток образца таким образом, чтобы его сило-
вые линии не замыкались через воздух, и тем самым
не могло бы создаться обратное поле.
Для того чтобы условия проводимости потока через
ярмо были несравненно лучшими, чем условия прово-
димости через воздух, ярмо должно обладать минимальным
сопротивлением магнитному потоку, т. е. должно быть из-
готовлено из очень мягкого в магнитном отношении мате-
риала и иметь большое поперечное сечение. Обычно реко-
мендуется брать сечение в 100—120 раз больше, чем сече-
ние испытуемых образцов.
Однако даже при таких условиях некоторое рассеяние
будет иметь место и обусловит появление погрешности
в результатах измерения.
447
Для создания намагничивающего поля внутри ярма по-
мещается намагничивающая катушка Л, окружающая испы-
туемый образец 5. В средней, части гильзы, на которую
навивается намагничивающая катушка, под намагничиваю-
щей обмоткой располагается вторичная измерительная ка-
тушка В.
Для подсчета напряженности поля обычно пользуются
постоянной намагничивающей катушки, указываемой в пас-
порте прибора. Тогда напряженность магнитного поля
Н{ = К1>
где I— сила тока,
К—постоянная катушки.
§ 201. Техника испытаний. На рис. 340 представлена
обычная схема баллистических измерений. Через Р обозна-
чены первичная и вторичная обмотки пермеаметра, или
другой намагничивающей катушки, через М — соответ-
ственно обмотки катушки взаимной индуктивности.
Рис. 340. Схема для баллистических измерений.
Для того чтобы при градуировке не вводить добавоч-
ного сопротивления, схема собирается таким образом, что
цепь гальванометра имеет неизменное сопротивление, со-
стоящее из вторичной обмотки катушки взаимной индук-
тивности и измерительной катушки, навитой на образец.
Для того, чтобы перейти от градуировки к измерению
магнитной индукции и обратно, служит переключатель К3
448
Амперметр необходимо включать всегда до переклю-
чателя с тем, чтобы при перемене направления тока
стрелка амперметра не уходила за нуль. Ключ К позволяет
замыкать гальванометр накоротко, что дает возможность
быстро успокаивать гальванометр после отсчета. При мон-
таже схемы необходимо всю проводку выполнить круче-
ным шнуром, избегая одиночных проводок, являющихся
источником магнитного поля. Катушка взаимной индуктив-
ности и пермеаметр должны быть удалены как друг от
друга, так и от гальванометра, чтобы избежать взаимных
влияний.
а) Определение основной кривой намагни-
чения. Образец испытуемого материала перед испыта-
нием должен быть тщательно размагничен, для чего его
подвергают воздействию переменного магнитного поля
с убывающей до нуля амплитудой. Наиболее просто это
может быть осуществлено при помощи катушки, включае-
мой в сеть переменного тока последовательно с реостатом,
обладающим очень большим сопротивлением. В начальный
момент реостат выведен на такую величину, чтобы ампли-
тудное значение напряженности магнитного поля составляло
примерно для мягких материалов около 100 Ое и для
жестких порядка 500 Ое. Далее, плавно вводя реостат,
добиваются уменьшения тока до наименьшей возможной
величины, после чего выключают переменный ток и считают
образец готовым для испытания. Вместо- уменьшения силы
тока можно медленно удалять образец из катушки.
Точно такой же результат может быть получен и на
постоянном токе, если непрерывно уменьшать силу посто-
янного тока, изменяя одновременно его направление. Не-
обходимо только для получения наиболее надежного раз-
магничения уменьшать силу тока очень плавно и произво-
дить на каждом новом значении тока не менее 10—15 пе-
реключений направления тока так, чтобы скорость пере-
ключений не превышала 2—3 переключений в секунду.
Эту операцию лучше всего производить в той же ка-
тушке, в которой в дальнейшем образец будет испытываться,
с тем чтобы образец не намагнитился во время переноса
из катушки в катушку земным магнитным полем. Если
испытание ведется в разомкнутой магнитной цепи, то на-
магничивающая катушка должна быть установлена перпен-
дикулярно земному магнитному меридиану (перпендикулярно
стрелке компаса), чтобы избежать действия земного магнит-
ного поля.
Закрепив образец в намагничивающей катушке, устана-
вливают по амперметру силу тока, соответствующую наимень-
29 зак. з©24. — Электроизмерительная техника. ^49
тему желаемому значению напряженности магнитного поля.
Цля получения устойчивого магнитного состояния образца,
соответствующего заданной напряженности поля, переклю-
чателем Кх производят магнитную подготовку, заключаю-
щуюся в многократном (8—10 раз) изменении направления
тока. Включив гальванометр, переключают направление
тока и замечают отклонение гальванометра О.
Далее подсчитывают магнитную индукцию по формуле:
р Съ/(^i
° 25w2
и напряженность магнитного поля по формуле:
н^кц.
Устанавливают другое значение намагничивающего тока
Рис. 341. Кривая гистерезисного цикла.
определяют значения В2
и Н2 и т. д.
Рекомендуется при из-
мерении каждого значе-
ния индукции брать от-
счеты в двух направле-
ниях, переключая пере-
ключатель как справа
налево, так и слева на-
право. Получаемые отсче-
ты а' и необходимо
сложить и^получить сред-
нее:
При градуировке в
этом случае необходимо
также пользоваться от-
клонениями в обе сто-
роны.
Полученные значения
индукции Bv В2, и т. д.,
соответствующие напря-
женностям поля /71? Н2,
и т. д., дают возмож-
ность построить основную кривую намагничения и подсчи-
тать значения магнитной проницаемости.
б) Определение кривой гистерезисного цикла.
Определение кривой цикла рассмотрим отдельно для части
АВ и для части BCD (рис. 341).
450
При измерении точек, лежащих на цикле на участке
АВ, мы находимся все время в области полей положитель-
ного направления и, следовательно, чтобы попасть в неко-
торую точку Е, нам необходимо просто уменьшить напря-
женность намагничивающего поля, а следовательно, и силу
намагничивающего тока, не изменяя направления последнего.-
Для этой цели служит рубильник /С2, шунтирующий сопро-
тивление г2.
Установив заранее желаемое значение напряженности
поля НЕ при выключенном рубильнике К2 и напряженность
поля /7тах при включенном рубильнике /С2, производят маг-
нитную подготовку и включают гальванометр. Выключают
рубильник К% и замечают отклонение гальванометра.
Тогда отклонение гальванометра хЕ будет пропорцио-
нально изменению магнитного потока ДФ, т. е
деля обе части равенства на площадь сечения образца,
получим изменение магнитной индукции:
Искомое значение индукции, соответствующей точке Е,
найдется согласно, рис. 341:
^тах ^&Е/
Если максимальное значение индукции определялось как
наибольшее значение индукции по кривой намагничения, то:
Следовательно:
> * ^тах
max= 25^2
Напряженность пол^ НF высчитывают по формуле:

где 1Е сила тока при выключенном рубильнике К2-
Аналогично могут быть получены все другие точки, рас-
положенные в ветви АВ.
Для получения остаточной индукции, соответствующей
точке В цикла, после того, как произведена магнитная под-
29* 451
готовка, выключают не рубильник К2, а рубильник Кх. Под-
счет ведут по тем же формулам:
д __ Сь (®шах ~ \
----aJ’
где а, — отклонение гальванометра, полученное при выклю-
чении рубильника /Ср
При определении точек, .лежащих в части кривой BCD,
измерение ведут следующим образом. Пусть нас интересует
точка F, соответствующая отрицательному значению напря-
женности поля HF. Переход от магнитного состояния, со-
ответствующего точке А, к магнитному состоянию в точке
F мы можем представить как переход от точки А до точки
В и далее, как. переход от точки В к точке F.
Практически это можно выполнить следующим образом:
проделав магнитную подготовку при напряженности поля
Нтах и включив гальванометр, выключают рубильник К1г
далее выключают рубильник и, тем самым, вводят со-
противление г2, после чего включают рубильник Кх в про-
тивоположном направлении.
Если проделать все эти операции достаточно быстро,
то мц получим одно отклонение гальванометра а.р соответ-
ствующее изменению индукции ДВЛ. Значение сопротивле-
ния г2 должно быть установлено заранее с таким расчетом,
чтобы сила тока, протекающая при выключенном рубиль-
нике Kv соответствовала напряженности поля
Значение магнитной индукции Вр может быть в этом
случае подсчитано как:
^F=^max —Д^= 5^ —(85)
Остальные точки ветви BCD получаются совершенно
аналогично.
Участок кривой цикла ВС является весьма важным для
испытания стали, идущей на изготовление постоянных маг-
нитов, и для ее характеристики очень часто необходимо
знать значения только остаточной индукции и коэрцитивной
силы.
Определение остаточной индукции уже было разобрано
ранее. Коэрцитивная сила представляет ту напряженность
отрицательного поля, которую необходимо приложить
к намагниченному образцу для того, чтобы довести его
намагничение до нуля.. Приближенно это состояние можно
считать эквивалентным тому, что индукция образца должна
быть равной нулю.
452
Тогда, согласно формулы (85), будем иметь:
СЬ / ®тах _ \ ________а
swTO—•
Следовательно:
ОС
max ____ у
2 у
Таким образом, для определения коэрцитивной силы
необходимо подыскать такую напряи е ность ноля, при кото-
рой отклонение гальванометра при переходе от точки А до
точки F будет равно половине максимального отклонения.
Подобрать такую силу тока /с, которая бы точно соот-
ветствовала коэрцитивной силе,-трудно и поэтому обычно
подбирают два значения тока Д и /2, из которых один соот-
ветствует отклонению ах, несколько меньшему чем—у5-,
и второй — отклонению а2, несколько большему чем -.
Тогда значение тока 1С может быть найдено на основа-
нии пропорции; считая отрезок кривой цикла, заключенный
между точками, соответствующими токам Д и /2, за прямо-
линейный, получим:
„ ®тах
а2----9-*
'а=Л------
Значение коэрцитивной силы подсчитывается по посто-
янной намагничивающей катушки:
При всех измерениях на кривых гистерезисного цикла
необходимо все переключения вести строго от одного и того
же значения максимального намагничивающего поля. Для
получения практически наибольших значений остаточной
интуиции и коэрцитивной силы магнитных сталей эту напря-
женность необходимо выбирать примерно в семь раз больше
коэрцитивной силы испытуемых образцов.
ИЗМЕРЕНИЕ ПОТЕРЬ НА ГИСТЕРЕЗИС И ТОКИ ФУКО
§ 202. Потери на гистерезис и токи Фуко. При работе
ферромагнитного материала в переменном магнитном поле
часть энергии магнитного поля будет расходоваться в ма-
териале. Эти потери энергии, с одной стороны, обусловят
уменьшение коэфициента полезного действия того меха-
453
низма, в котором используется ферромагнитный материал,
а с другой стороны, могут внести искажения, нарушающие
правильность его работы.
При намагничивании материала переменным током, его
магнитное состояние непрерывно изменяется. Напряженность
намагничивающего поля нарастает от нуля до некоторого
максимума, затем падает до нуля, изменяет свой'знак, снова
увеличиваемся до некоторого отрицательного максимума
и опять уменьшается до нуля. В соответствии с этим, маг-
нитная индукция изменяется по гистерезисной кривой, совер-
шая весь замкнутый цикл за один период изменения напря-
женности намагничивающего поля. Это изменение магнитной
индукции, сопровождающееся поворотом элементарных маг-
нитов внутри материала, требует расхода некоторой энергии
на перемагничивание — энергии гистерезиса. Она пропорцио-
нальна площади гистерезисного ^цикла и ее численное зна-
чение можно определить из формулы:
sb ft Г эрг '
4т: [ cm3
где 5 — площадь гистерезисной кривой в квадратных санти-
метрах,
b — масштаб магнитной индукции в гауссах на 1 ст,
h — масштаб напряженности поля в эрстедах на 1 ст.
Если подсчитывать эти потери за единицу времени,
например, за одну секунду, то они окажутся пропорцио-
нальными частоте, так как при более быстром изменении
переменного тока материал чаще будет перемагничиваться,
а следовательно, потребует большей энергии на перемагни-
чение. Тогда потери на гистерезис будут равны:
PH=af.
где а—потери за один цикл,
/—частота переменного тока.
Штейнметцом была предложена формула, связывающая
потери на гистерезис с величиной максимальной магнитной
индукции:
max
где т] и а — опытные коэфициенты; коэфициент ^называется
коэфициентом гистерезиса или коэфициентом
Штейнметца. Значение показателя а изменяется в пре-
делах от 1,5 до 3. Величины а и т различны для различных
материалов и даются обычно в справочных таблицах.
При намагничении материала переменным магнитным
полем, асса металла будет пронизываться непрерывно
454
переменным магнитным потоком. По закону электромагнит-
ной индукции в этой массе, которую мы можем рассматри-
вать как ряд замкнутых проводящих контуров, будут непре-
рывно индуктироваться электродвижущие силы.
Эти э. д. с. вызовут замкнутые внутри объема металла
токи, называемые токами Фуко, на поддержание которых,
так же как и на гистерезис, будет расходоваться часть энер-
гии магнитного поля.
Потери на токи Фуко могут быть выражены формулой;

Обычно потери на гистерезис и токи Фуко имеют место
одновременно, и тогда их общая величина носит название
суммарных потерь на гистерезис и токи Фуко.
Для измерения суммарных и отдельных потерь на гисте-
резис и токи Фуко применяется обычно ваттметровый метод,
осуществляемый при помощи прибора Эпштейна.
§ 203. Ваттметровый метод измерения потерь. Конструк-
ция прибора Эпштейна имеет две разновидности, из кото-
рых в настоящем курсе рассматривается более совершенная
конструкция с двумя обмотками (рис. 342).
Рис. 342. Прибор Эпштейна.
На четыре гильзы из непроводящего материала навиты
равномерно первичная намагничивающая и вторичная
измерительная обмотки. Все эти четыре катушки располо-
жены по сторонам квадрата и образуют, при заполнении их
испытуемыми образцами, замкнутую магнитную цепь.
Обычно испытанию в приборе Эпштейна подвергаются
образцы листовой электротехнической стали. Стандартные
размеры образцов следующие:
вес всех четырех пакетов.....................10 000 G
длина каждого из пакетов.......*.............. 500 mm
ширина каждой полосы........................... 30 mm
455
Пакеты собираются совершенно одинаковыми таким обра-
зом, что вес каждого из них равен 2500 G. Между собой
отдельные листы, составляющие пакет, изолируются папи-
росной бумагой или лакируются, чтобы избежать появления
слишком больших по величине токов Фуко, которые не
соответствуют реальным условиям работы материала в ди-
намомашинах или трансформаторах. Половина пластин бе-
рется нарезанной вдоль и половина пластин поперек проката,
с тем, чтобы получить цифры наиболее характеризующие
средние свойства стали. После аккуратного изготовления
пакета, отдельные листы плотно связываются между собой
бечевой или лентой. При нарезке полос необходимо по воз-
можности избегать появления наклепа в краях полос, для
чего нарезку необходимо вести мощным и острым инстру-
ментом.
Рис. 343. Схема для измерения потерь ваттметровым методом.
Схема для измерений ваттметровым методом приведена
на рис. 243. Ваттметр включается в данной схеме несколь-
ко необычно и поэтому для получения действительного
значения мощности необходимо его показания множить на
отношение чисел витков первичной и вторичной обмоток
прибора Эпштейна.
Тогда мощность, измеренная ваттметром, будет состоять
из мощности, расходуемой в испытуемом материале на
гистерезис и токи Фуко, и из мощности, расходуемой в при-
борах и вторичной обмотке прибора Эпштейна.
Если пренебречь падением напряжения во вторичной
обмотке прибора Эпштейна и считать, что параллельная
обмотка ваттметра находится под напряжением U2, равным
э. д, с., индуктируемой во вторичной обмотке прибора
455
Эпштейна, то:
Z7 2 II -
pw-p,t
V w
где Wi и w2— числа витков обмоток прибора Эпштейна,
Pw—показания в'аттметра в ваттах,
Phf—суммарные потери на гистерезис и токи Фуко,
U2 — показание вольтметра, приблизительно равное
вторичной э. д. с.,
r®> rw> г2,— сопротивления вольтметра, параллельной об-
мотки ваттметра и вторичной обмотки при-
бора Эпштейна.
12 — сила тока во вторичной обмотке прибора.
Из этой формулы получаем: '
Р = Р —
hf W2 w rv
77 2
7^-4%.
' w
Обычно при-технических измерениях последним членом
можно также пренебречь и тогда:
р
hf w2 w rv rw '
Так как потери на гистерезис и токи Фуко будут в силь-
ной степени зависеть от напряженности магнитного поля или
от величины магнитной индукции и частоты переменного
тока, то определение их должно вестись при строго фик-
сированных значениях этих величин.
Согласно стандарта на листовую электротехническую
сталь требуется вести измерение потерь при частоте 50 Hz
и максимальной магнитной индукции в 10 000 и 15000 Gs.
Магнитная индукция определяется по формуле:
5юах 4kf-f-w2S trayccl>
где Е2 — вторичная э. д. с. численно равная показанию вольт-
метра плюс падение напряжения во вторичной
обмотке прибора Эпштейна в вольтах,
^—коэфициент формы кривой э. д. с.,
f—частота переменного тока в герцах,
w2 — число витков вторичной обмотки прибора Эпштей-
на,
5 — сечение испытуемых образцов в кв. сантиметрах.
457
При практических измерениях можно считать U2 — E2
и тогда формула примет вид:
R U2- 108
max S’
Коэфициент формы кривой лучше всего определить не-
посредственно, или же, в случае отсутствия этой возмож-
ности; брать для нормальных приборов Эпштейна равным
величинам, приведенным в таблице 14.
ТАБЛИЦА 14
Максимальная магнитная
индукция в гауссах
10 000 и меньше
11000
12 000
13 000
14 000
•15 000
Коэфициент фор-
мы кривой э. д. с.
1,11
1,12
1,13
1,14
1,15
1,16
Поперечное сечение испытуемых образцов необходимо
определять не по геометрическим размерам, а исходя из
массы образцов, плотности материала и длины магнитной
цепи, так как в противном случае сечение окажется сильно
преувеличенным за счет воздушных прослоек между отдель-
ными листами.
Плотность берется согласно указаний стандарта на листо-
вую электротехническую сталь, равной для:
марки ECIA, ЕС1АА, ЕС1............ 7,80
„ ЕС2А........................ 7,75
„ ЕСЗА........................ 7,65
„ ЕС4А, ЕС4АА, ЕС4............ 7,60
Таким юбраза^, при помощи ваттметра, вольтметра и
частотомера могут быть определены суммарные потери на
гистерезис и токи Фуко, соответствующие определенной
магнитной индукции и частоте.
Обычно полученные суммарные потери относят к еди-
нице массы — 1 kQ и обозначают символом phf. Вел шина
phf называется удельными потерями и выражается в ват-
тах на 1 kG.
Очень часто бывает необходимо знать отдельно потери
на гистерезис и потери на токи Фуко,
458
Для разделения потерь обычно измеряют потери при
одной и той же индукции, но двух различных частотах.
Пусть это будут величины ph' и рь", соответствующие
частотам j\ и /2.
Если разделить полные потери на соответству<ощую
частоту, то мы получим потери на один цикл равными:
J1
р, /'
J2
Решая совместно эту систему уравнений, можно найти
коэфиц^енты а и Ь\
Полные потери на гистерезис в единицу времени тогда
окажутся равными для частоты /х:
Ph = “ft
и на токи Фуко для этой же частоты равными
Pf=b-ff.
При измерениях по ваттметровому методу, для получе-
ния надежных результатов, необходимо соблюдение ряда
предосторожностей.
Для получения переменного тока желательно иметь от-
дельный агрегат из двигателя постоянного тока и генератора
переменного тока. Для питания двигателя лучше всего при-
менять аккумуляторную батарею, так как только при этом
условии будет обеспечено достаточное постоянство частоты
переменного тока. Питание установки должно производиться
от мощного генератора с таким расчетом, чтобы прибор
Эпштейна потреблял около 25 — 50% максимальной мощности
генератора. Генератор должен иметь конструкцию, обеспе-
чивающую синусоидальный характер э. д. с. холостого хода.
Регулирование напряжения необходимо вести путем изме-
нения возбуждения генератора, не прибегая к включению
реостатов во внешней цепи.
Так как сдвиг фаз между током в первичной цепи при-
бора Эпштейна и напряжением на зажимах вторичной об-
мотки очень велик,, то рекомендуется применение ваттмет-
ров, рассчитанных на малые значения cosep, так как в
противном случае точность отсчетов будет очень невелика.
459
ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОВТОРЕНИЯ
1. Какие основные величины подлежат измерению при испыта-
нии магнитных материалов?
2. Как связана баллистическая постоянная гальванометра
с постоянной, выраженной в единицах магнитного потока?
3. Как определить остаточную индукцию материала балли-
стическим методом?
4. Почему в схеме для измерений баллистическим методом
гальванометр замкнут одновременно на вторичные обмотки
, пермеаметра и образцовой катушки взаимной индуктив-
ности?
5. Как определить индукцию при испытаниях прибором
Эпштейна?
6. При каких двух условиях нужно измерить потери на
гистерезис и токи Фуко, чтобы их можно было отделить
друг от друга?
Часть третья
ЭКСПЛОАТАЦИЯ
ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
ПРИБОРОВ И УХОД
ЗА НИМИ

ГЛАВА XX
ПОВЕРКА, РЕГУЛИРОВКА И ГРАДУИРОВКА ИЗМЕРИТЕЛЬ-
НЫХ ПРИБОРОВ
ПОВЕРКА И ГРАДУИРОВКА АМПЕРМЕТРОВ И ВОЛЬТМЕТРОВ
§ 204. Общие соображения и поверочные схемы. Повер-
кой называется сравнение показаний одного измеритель-
ного прибора — поверяемого с показаниями другого—
образцового. При поверке амперметров оба.амперметра,
и поверяемый и образцовый, соединяются между собой после-
довательно, так что через них протекает один и тот же
ток. При поверке вольтметров они соединяются параллельно,
что обеспечивает одинаковость напряжений на зажимах
обоих приборов. Однако, для поверки кроме двух надле-
жащим образом соединенных приборов, необходимо наличие
источника электрической энергии и сопротивлений, ограни-
чивающих силу тока в приборах или напряжение на их
зажимах. Характер поверочной схемы зависит не только от
рода поверяемого прибора (амперметр, вольтметр, ваттметр
и т. п.), но и от характера источника электрической энергии,
питающего схему. При наличии источника энергии, позво-
ляющего легко регулировать даваемое им напряжение или
силу тока, схема значительно упрощается. Наоборот, при
пользовании источником энергии нерегулируемой, схема
осложняется введением регулируемых сопротивлений. Это
осложнение бывает особенно заметно, когда для градуи-
ровки чувствительных приборов (т. е. приборов на неболь-
шие номинальные силы тока и напряжения) пользуются
мощными источниками электрической энергии. В этом случае
либо приходится мириться с большой потерей энергии,
либо применять преобразователи тока: подвижные — в виде
умформеров, неподвижные — в виде трансформаторов.
На рис. 344 а, b изображены удобные схемы для поверки
амперметров и вольтметров от источников электрической
энергии, не поддающихся регулировке (аккумуляторные
батареи, сеть переменного тока и т. п.). Эти схемы наибо-
лее распространены в практике. В обеих из этих схем один
463
реостат г\ более высокоомный служит для грубой регули-
ровки, а другой реостат г2 более низкоомный — для точной.
Работа с одним относительно высокоомным реостатом хотя
принципиально и возможна, но сопряжена с большими не-
удобствами, так как точная установка прибора на нужное
Рис. 344. Схемы поверки амперметров и вольтметров.
деление шкалы с помощью такого реостата очень затруд-
нена. В некоторых случаях, при поверке особо точных при-
боров применяют даже три реостата, образующих три сту-
пени плавности регулировки. Рис. 345 а, b дает схемы,
Рис. 345. Схемы поверки миллиамперметров и милливольтметров.
применяемые в том случае, когда напряжение источника
электрической энергии относительно велико, а поверяемые
приборы — чувствительны. От схем рис. 344 эти схемы
отличаются тем, что здесь введено дополнительное сопро-
тивление г, которое, при надлежащей величине его, может
быть и нерегулируемым (постоянным). Очень часто таким
сопротивлением служит большая группа электрических лам-
почек. Назначение сопротивления г в обоих случаях — сни-
зить напряжение на рабочей части схемы.
При наличии большого тока, потребляемого приборами,
потери энергии в таких добавочных сопротивлениях могут
быть очень велики, что делает эти схемы невыгодными
в смысле расхода энергии, особенно в тех случаях, когда
464
источник этой энергии при большом напряжении на зажи-
мах не обладает достаточно большой мощностью. Для уст-
ранения этого недостатка пользуются схемами с преобра-
зованием тока, которое легко достигается с помощью не-
больших трансформаторов на переменном токе и значитель-
но более сложно на постоянном токе. Схемы рис. 346 дают
представление о применении при поверке приборов питаю-
щих трансформаторов. В отношении регулировки эти схе-
мы ничем не отличаются от схем, приведенных на преды-
дущих двух рисунках. Регулирующие реостаты должны быть
расположены до трансформаторов; в качестве последних
могут быть применены измерительные трансформаторы тока
и напряжения, обмотки которых включаются обратно тому,
когда ими пользуются как измерительными трансформато-
рами. В этом случае необходимо чтобы мощность, потребля-
емая приборами, была не больше номинальной мощности
Рис. 346.
Схемы поверки приборов на большие силы тока и
напряжения.
трансформатора, в противном случае трансформатор может
быть вследствие перегрева поврежден. С этой точки зрения
следует остерегаться включать реостаты последовательно
с приборами.
В схеме рис. 346 b при напряжениях во вторичной цепи
выше 500 V вторичная обмотка трансформатора должна
быть заземлена.
Получение больших сил токов в случае поверок приборов
постоянного тока значительно сложнее. Большие силы тока
(порядка нескольких тысяч ампер) могут дать специальные
аккумуляторные батареи и низковольтные динамо-машины.
"Однако, задача облегчается, когда поверке подлежит
магнитоэлектрический прибор с отдельным шунтом на боль-
шую силу тока. Определив сопротивление шунта, легко
подсчитать падение напряжения на нем при любом значе-
нии силы тока. У современных стандартизованных прибо-
ров падение напряжения на шунте при номинальной силе
30 Зак- 3924. — Электроизмерительная техника. 465
тока равняется либо 45, либо 75 mV. А зная величину паде-
ния напряжения на шунте — можно вести поверку присоеди-
няемого к нему амперметра, как милливольтметра. При та-
кой поверке прибора следует иметь в виду, что сопротив-
ление проводников, соединяющих прибор с шунтом, играет
большую роль. Поэтому поверку амперметра без шунта
(милливольтметра) следует производить с имеющимися при
нем шнурами.
Кроме основных элементов схем, указанных на наших
рисунках, в практически осуществляемых схемах обычно
имеется ряд второстепенных, но весьма полезных деталей,
как выключатели, плавкие предохранители и переключатели,
меняющие направление тока в схеме. Последние бывают
необходимы во многих случаях, так как измерительные
приборы почти всех систем несколько изменяют свои по-
казания при перемене направления тока на их зажимах.
§ 205. Источники тока. К источникам электрической энер-
гии, питающим поверочные схемы, для амперметров и вольт-
метров предъявляются следующие основные требования:
1) они должны обладать способностью развивать необходи-
мые напряжения (или силу тока) и 2) напряжение на их зажи-
мах должно быть возможно более постоянным, устойчивым.
При поверке большого числа разнообразных приборов
и необходимости обходиться для поверок одним источни-
ком электрической энергии, необходимо иметь источник
большой мощности, чтобы была возможность получать
от него и большие напряжения и большие силы тока. При
поверке приборов на малые напряжения и малые силы тока
приходится в этом случае* почти всю энергию источника
поглощать реостатами схемы.
Применения в качестве источников тока общих городских
и особенно заводских электрических сетей, вообще говоря,
следует избегать и пользоваться ими лишь в крайних слу-
чаях, так как колебания напряжения в таких сетях дости-
гают подчас очень больших величин и делают совершенно
невозможной точную поверочную работу. Лучшим источни-
ком энергии для поверочных и градуировочных работ
на переменном токе является специальный генератор, враща-
емый электродвигателем, питаемым, в свою очередь, от акку-
муляторных батарей. Такое устройство хотя и несколько
сложно и дорого — обладает способностью давать исключи-
тельно устойчивое напряжение. Мощность, отдаваемая таким
источником, может регулироваться в широких пределах. При
работе на переменном токе такое устройство дает возмож-
ность получать переменный ток устойчивой частоты, величина
которой зависит от типа примененного генератора. Измене-
466
нием скорости двигателя эту частоту можно менять в пределах
от 10 до 100%- При работе на постоянном токе такое уст-
ройство может дать напряжение значительно более высокое,
чем дают аккумуляторы. Напряжение это притом можно
легко и экономично регулировать в широких пределах,
сохраняя полностью все преимущества устойчивости и посто-
янства аккумуляторной батареи. Очень часто питание можно
получать и непосредственно от аккумуляторных батарей.
В этом случае всегда выгодно иметь две батареи.
Одну — дающую высокое напряжение при небольшом раз-
рядном токе (например 600 V и 1А) и другую — дающую
большие силы тока при малом напряжении (например 1000 А
и 4 V). Такая комбинация позволяет производить поверочные
работы в очень большой области токов и напряжений, при
установленной мощности, значительно меньшей, чем при
наличии одной батареи (в нашем случае 4,6 kW вместо
600 kW).
§ 206. Реостаты. Вне зависимости от величины их со-
противлений и от места в схеме, желательно иметь реостаты
с плавной регулировкой. Исключение в этом отношении Со-
ставляют лишь добавочные реостаты, применяемые в случае,
когда градуировка чувствительных приборов производится
от источников с относительно высоким напряжением
(реостаты г в схемах рис. 345). Кроме того, наибольшая
сила тока, протекающего через реостат, во всяком случае
не должна превышать допустимой для него величины. Пос-
ледняя обычно бывает написана на реостате. Сила же тока,
протекающего через реостат, определяется из простых со-
ображений— различных, однако, для схемы поверки ампер-
метров и вольтметров. Для схемы поверки амперметров
наибольшая сила тока^ протекающая через реостат, равна
номинальной силе тока поверяемого амперметра. Для схем
поверки вольтметров сила тока нагрузки определяется
по закону Ома:
где U—напряжение на зажимах реостата,
— сопротивление реостата.
При работе с электродинамическими, тепловыми и т. п.
вольтметрами, собственное потребление которых при номи-
нальном напряжении составляет заметную величину по срав-
нению с вычисленным выше током в реостате, последний
надлежит брать на силу тока, равную сумме обоих токов.
Необходимая величина сопротивления реостатов опреде-
ляется следующим образом: сопротивление реостата для
30* 467
поверки амперметров должно быть настолько большим,
чтобы при полном введенном сопротивлении его, сила
тока в цепи была меньше первого значащего деления по
шкале поверяемого прибора. Чтобы избежать нужных в этом
случае громоздких реостатов, поверку первых точек ампер-
метров производят, иногда включая один из регулирующих
реостатов параллельно, как на рис. 345а. Что касается
сопротивления реостатов в схемах поверки вольтметров,
то их сопротивление, на основании изложенного выше,
должно быть таким, чтобы величина его, будучи умноженной
на величину допустимой для него силы тока, дала в произ-
ведении напряжение, не меньшее, чем приложенное к рео-
стату.
Все приведенные здесь соображения относятся к главным
реостатам, т. е. к реостатам грубой регулировки, обозначен-
ным на схемах буквой rv Реостаты точной регулировки,
обозначенные на схемах буквой г2, выбираются таким обра-
зом: сопротивление их для обеих схем берется в 10—20 раз
меньше сопротивлений главных реостатов, что даст по отно-
шению к главному реостату 10—20-кратную точность ре-
гулировки. Сила тока в них также в обоих случаях равна
силе тока в главных реостатах.
§ 207. Образцовые приборы. Поверка прибора произво-
дится сравнением его показаний с показаниями образцового
прибора. Чем точнее поверяемый прибор, тем более высо-
кие требования предъявляются к образцовому прибору,
необходимому для этой поверки. Точность образцового
прибора всегда должна быть выше точности поверяемого.
Только в этом случае и имеет смысл поверка путем сравне-
ния показаний. Поскольку электрические измерительные
приборы разделяются по точности на ряд классов, можно
сказать, что образцовый прибор должен быть всегда на класс
выше поверяемого. Так, например, грубый указательный при-
бор III класса, имеющий погрешность до 4%, может быть
поверен по более точному техническому прибору II класса,
обладающему погрешностью не более 2°/0. Последний, в свою
очередь,может быть сравнен с контрольными и лаборатор-
ными приборами первого класса, дающими погрешность
менее 0,5%. Приборы первого класса поверяются на потен-
циометрах путем сравнения напряжения на их зажимах
с электродвижущей силой нормального элемента. Нормаль-
ные же элементы сравниваются в специальных метрологи-
ческих институтах, с эталонами, хранящимися в этих инсти-
тутах.
Поверка грубого прибора III класса по прибору очень
точному, стоящему по точности на несколько ступеней
468
выше поверяемого, например, на потенциометре, хотя
принципиально и допустима, но мало целесообразна, так как
для грубых приборов характерно наличие значительных
незакономерных (случайных) изменений, выходящих далеко
за предел погрешностей образцового прибора.
В заводских условиях технические приборы поверяют
и градуируют по образцовым приборам I класса подкласса К
(„контрольные"). В качестве образцовых приборов, при по-
верке и градуировке на постоянном токе используются
всегда магнитоэлектрические приборы. При тех же рабо-
тах на переменном токе промышленной частоты в качестве
образцовых приборов пользуются исключительно электро-
динамическими приборами.
При работе на переменных токах повышенных частот
пользуются, если частоты лежат, ниже 500 Hz, также элек-
тродинамическими и термоэлектрическими приборами. При
более высоких частота^ до радиочастот включительно,
пользуются исключительно термоэлектрическими образцо-
выми приборами. Следует при этом иметь в виду, что на-
дежность поверки и градуировки на высоких частотах
значительно ниже обычной.
Образцовые приборы, служащие для систематически
производимых поверок и градуировок, должны, в свою
очередь, систематически поверяться на более точных при-
борах— потенциометрах. Результаты последних поверок
с датой и подписью ответственного лица, в виде ярлычков-
бирок, прикрепляются к таким приборам. Без поверочной
бирки приборы не могут быть допущены к работе. Также
не могут быть допущены к работе приборы, даты поверок
которых указывают на то, что приборы давно не контро-
лировались. В заводских условиях образцовые приборы
должны поверяться не реже одного раза в 2—3 месяца.
Само собой разумеется, что после всяких, даже незначи-
тельных переделок или ремонта прибора так же как
и после длительной транспортировки, образцовый прибор
должен быть поверен заново.
Благодаря тому, что образцовые приборы переменного
тока работают одинаково исправно и на переменном и на
постоянном токе, их поверяют, обычно, в лабораториях
на потенциометрах постоянного тока, как на наиболее про-
стых и надежных. В виду того, что при помощи потенцио-
метра можно измерить напряжения, лишь немного превы-
шающие электродвижущую силу нормального элемента,
схемы включения потенциометров несколька сложнее в
сравнении с поверочными, приведенными нами выше. На
рис. 347 приведена схема поверки амперметра на потенцио-
469
метре. Эта схема отличается от аналогичной схемы рис. 334а
тем, что в схеме рис. 347 вместо образцового амперметра Д2
включено образцовое сопротивление. г. Падение напря-
жения на этом сопротивлении измеряется потенциометром.
Подбирая величину сопротивления г, можно всегда полу-
чить на его зажимах падения напряжения, удобные для
непосредственного измерения потенциометром.
Рис. 347. Поверка амперметра при помощи потенциометра.
Поверка на потенциометре вольтметров также требует
обычно некоторого усложнения приведенной на рис. 344b
схемы. А именно, во всех случаях, когда поверяемые и
градуируемые вольтметры имеют предел измерения выше
предела измерения потенциометра, последний должен быть
включен через делитель напряжения. Рис. 348 дает схему
Рис. 348. Поверка вольтметра при помощи потенциометра.
поверки вольтметра на потенциометре для такого случая.
Здесь делитель напряжения г позволяет подать на потен-
циометр не все измеряемое напряжение, а лишь его не-
большую часть.
§ 208. Организация рабочего места. Основное оборудо-
вание рабочего места для поверочных и градуировочных
работ было описано ранее. Здесь мы дадим лишь несколько
дополнительных замечаний к организации рабочего места.
470
а) Поверочные и градуировочные работы всегда следует
производить вдвоем. В случае поверки один из работаю-
щих снимает показания с образцового прибора в то время,
как другой устанавливает нужную силу тока или напряже-
ние по поверяемому прибору. При градуировке один из
работников устанавливает силу тока или напряжение по
образцовому прибору, а другой градуирует прибор.
б) Как видно из сказанного, управление реостатами на-
ходится то в руках работника, следящего за показаниями
образцового прибора, то у второго работника. Так как
перемещение образцового прибора с места на место не
желательно, то все элементы управления схемой, как-то:
регулирующие реостаты, переключатели и т. п. должны
быть расположены на столе между рабочими местами.
Помещение обоих приборов в. непосредственной близо-
сти друг от друга нежелательно еще и по другим причи-
нам. Одной из таких причин является влияние одного
прибора на другой через» посредство магнитных полей.
Такое влияние бывает заметно у электродинамических
и- магнитоэлектрических приборов.
в) Отсчет показаний и установление нужной величины
силы тока или напряжения по образцовому прибору про-
изводится с учетом имеющихся на его поверочной бирке
поправок. Для. увеличения точности бтсчета и точности
установки стрелки на нужное деление шкалы часто поль-
зуются лупой. Применение лупы значительно уменьшает
субъективную ошибку наблюдателя, хотя здесь все же
большую роль играет навык работника и способность его
верно определять на глаз десятые, а иногда даже и сотые
доли деления шкалы.
г) Освещение рабочего места должно быть не только
вполне достаточным, но также правильно распределенным.
Свет должен быть боковым или верхним, но не дающим
заметных теней, чтобы голова наблюдателя не затемняла
прибора. Потолок помещения должен быть светлым, в про-
тивном случае зеркало под шкалой прибора кажется тем-
ным, и изображение стрелки в нем плохо видно (см. § 14).
д) Помещение в поверочной или градуировочной ком-
нате машин, вызывающих вибрацию пола, а тем более
вибрацию рабочих столов совершенно недопустимо. Такая
вибрация не только мешает точности работы, но также
вредно отражается на состоянии опор образцовых измери-
тельных приборов, вызывая быстрое истирание и затупле-
ние кернов подвижной части.
е) Помещение, предназначенное для градуировки при-
боров, должно содержаться в безукоризненной чистоте.
471
Наличие пыли и в особенности железных частиц здесь
чрезвычайно опасно, так как при градуировке приборы
приходится вскрывать. Вентиляццд помещения должна быть
организована таким образом, чтобы не создавались быст-
рые движения воздуха, могущие колебать стрелку градуи-
руемого прибора, когда она не защищена стеклом.
§ 209. Техника поверки. Перед началом работы необ-
ходимо принять ряд мер, чтобы подготовить прибор к по-
верке. Эти меры сводятся к следующему: а) убеждаются
в наличии пломбы на приборе. Если прибор по-
веряется после ремонта или разборки, надлежит, проверить,
закреплены ли достаточно крепко все детали его и закрыт
ли кожух всеми винтами, б) устанавливают корректором
стрелку прибора на нуль шкалы возможно тщательнее,
в) убеждаются в том, что прибор достаточно хорошо урав-
новешен (см. § 224).
После этих предварительных мероприятий поверяемый
прибор ставят на рабочее месте и включают в схему. При
постановке прибора на место для поверки следует придать
ему положение, соответствующее указанному на шкале.
Как было сказано выше в § 28, нормальное положение
прибора указывается на шкале прибора условным знаком
(стрелкой). В заводских условиях операция поверки, так
же как и описываемая далее операция градуировки, может
производиться одновременно над большим числом прибо-
ров (до 20 шт.). Такая единовременная поверка многих
приборов возможна, если обеспечено отсутствие заметной
утечки в схеме при поверке амперметров и заметного
падения напряжения в проводах при поверке вольтметров.
Понятно, что необходимая мощность источника питания при
этом должна быть увеличена. После этого включают при-
бор на номинальное напряжение (или силу тока) и дают
ему прогреться под током в течение 15 -минут, и только
после этого приступают к поверке.
Сама поверка проводится следующим образом: по по-
веряемому прибору устанавливают величину силы тока или
напряжения, подымая ее значение постепенно от деления
к делению шкалы. По образцовому прибору отсчитывают
действительные значения измеряемых величин и записывают
их в специальный поверочный журнал. Дойдя таким обра-
зом до конца шкалы, повторяют ту же операцию в обрат-
ном порядке, чтобы убедиться в постоянстве показаний и
отсутствии заметной вариации у поверяемого прибора.
При поверке устанавливают стрелку только на так назы-
ваемые „числовые отметки" шкалы прибора, число кото-
рых бывает в зависимости от величины и системы прибора
472
от 5 до 15. При поверке в обратном направлении (от конца
шкалы к началу) можно удовлетвориться значительно
меньшим числом контрольных точек. Для того чтобы убе-
диться, что на поверяемый и образцовый прибор не влияют
посторонние магнитные поля, полезно переменить напра-
вление тока, протекающего через приборы (переменив
концы проходов у их зажимов), если’это приборы электро-
динамические. Магнитоэлектрические приборы, можно хо-
рошо проконтролировать, перевернув прибор в плоскости
стола на 180°.
При поверке лабораторных приборов результаты по-
верки, записанные в поверочном журнале, вносятся в пове-
рочную бирку прибора по форме, приведенной в табл. 15.
Показания при-
бора в вольтах
ТАБЛИЦА 15
Действительное
значение в
вольтах
Поправка в
вольтах
10. 10,2 '+0,2
20 20,0 0,0
30 29,9 “0,1
Значение из-
меряемой ве-
личины в де-
лениях
Показания при-
бора в деле-
ниях
Поправка в
делениях
5
10
15
20
5,1
10.0
14,9
19,7
—0,1
0,0
4-0,1
4-о,з
Как видно из приведенных образцов, в поверочной бирке
имеется графа, куда записываются поправки прибора. Как
известно, последние численно равны погрешностям, но
имеют обратный знак. Поправки следует давать всегда
в значениях величин (в вольтах, амперах и т. п.). В деле-
ниях их следует выражать только тогда, когда шкала при-
бора дана в делениях. Такую шкалу имеют переносные
приборы первого класса на несколько пределов измерения.
473
§ 210. Техника градуировки. Градуировка приборов
может производиться двумя различными способами: а) гра-
дуировка непосредственным нанесением точек на шкалу,
б) градуировка с вспомогательной шкалой. Первый способ
наиболее распространен. Он прост и достаточно хорош во
всех случаях, когда градуируются приборы с большим
вращающим моментом и приборы, у которых замена обыч-
ного кожуха прибора градуировочным кожухом f6e3 стекла)
не влияет на работу прибора. По этому способу работа
производится следующим образом: снимают кожух прибора
и ставят в прибор чистую шкалу. Прибор включают соот-
ветственно его роду в одну из схем, описанных выше и
закрывают его градуировочным кожухом. Градуировочным
кожухом называется кожух, подобный^ обычному кожуху
прибора, но лишенный защитного стекла. При* отсутствии
специального градуировочного кожуха можно градуиро-
вать прибор и в своем кожухе, вынув из него предвари-
тельно защитное стекло. Однако, последняя операция,
в большинстве случаев бывает «очень затруднительной, а
подчас и вовсе неосуществимой простыми средствами, и
целесообразность применения специального градуировочно-
го кожуха становится ясной во всех случаях, когда регу-
лировочные работы носят сколько-нибудь систематический
характер.
Градуировка вовсе без кожуха недопустима в том слу-
чае, если в приборе есть магнитные поля (магнитоэлектри-
ческие, электромагнитные, электродинамические и индук-
ционные приборы), а кожух изготовлен из магнитного ма-
териала, так как при этом меняются качественно и коли-
чественно поля рассеяния прибора, вследствие чего проис-
ходит также и изменение его показаний, иногда очень зна-
чительное. Это надо иметь в виду и при пользовании
специальным градуировочным кожухом. Последний жела-
тельно иметь из того же материала, что и обычный кожух
прибора. В тех случаях, когда кожух сделан из магнитного
материала, даже форма и толщина стенок их должны при
смене одного кожуха другим быть одинаковы. Если прибор
магнитных полей не имеет или кожух его сделан из маг-
нитного материала, градуировка прибора без кожуха все
же нежелательна, так как, во-первых, неизбежные движе-
ния воздуха вызывают колебания стрелки прибора и во-
вторых, возможность засорения прибора в этом случае
всегда налицо.
Когда у прибора поставлена чистая шкала и он закрыт
градуировочным кожухом, на шкале против конца стрелки
ставят точку, соответствующую нулевой черте шкалы. Точ-
174
ки на шкале наносятся остро заточенным мягким каранда-
шом против самого конца стрелки прибора. Когда нанесена
нулевая точка — проверяют уравновешенность прибора,
Если она удовлетворительна — дают прибору напряжение
или силу тока, соответствующие номинальной величине.
Стрелка прибора при этом должна дать полное отклоне-
ние. Против конца стрелки снова ставят точку, соответ-
ствующую последней отметке шкалы (концу шкалы).
После того, как на бумагу нанесены начальная и конеч-
ная точки шкалы, проверяют лежат ли эти точки симмет-
рично относительно окна в кожухе прибора. Если начало
и конец шкалы лежат относительно окна кожуха несим-
метрично— прибор нуждается в предварительной регули-
ровке. Небольшая несимметрия обычно легко исправляется
перемещением нулевой точки в нужную сторону с помощью
корректора. Если шкала расположилась правильно — при-
ступают к нанесению делений. Для этого значение изме-
ряемой величины -устанавливается точно по образцовому
прибору, а на шкале градуируемого прибора — против
конца стрелки ставятся точки. Градуируются так же как и
поверяются не все точки, а только, так называемые, число-
вые отметки. Так, например, в магнитоэлектрическом
вольтметре на. 150 V наносятся точки 0, 10, 20 и т. д.,
через десять, вольт до конца. У электромагнитного ампер-
метра на 50 А (неравномерная шкала) наносятся точки 0,
10, 20, 25, 30, 35 и т. д. до конца шкалы.
Если при градуировке не наносятся точки, соответ-
ствующие точно положению конца стрелки, а ставятся
лишь градуировочные черточки, то не менее чем в трех
местах шкалы (в начале, середине и конце) следует нане-
сти иного рода, перпендикулярные направлению стрелки,
черточки, точно указывающие положение конца стрелки
в данных местах шкалы. Это понадобится впоследствии
для нахождения правильного центра дуги шкалы при ее
черчении.
Произведя градуировку прибора при возрастающих по-
казаниях (от нуля к концу шкалы), надлежит произвести
градуировку и в обратном направлении. При этом, строго
говоря, должны были бы появиться новые точки градуи-
ровки, дублирующие все предыдущие. Для хороших при-
боров это расхождение оказывается столь малым, что его
невозможно заметить на глаз. В грубых приборах точки
«обратной" градуировки могут лежать на заметном рас-
стоянии от точек „прямой* градуировки. В этом случае
надо наносить как те, так и другие точки. При черчении
шкалы черта проводится по середине между двумя точ-
475
ками прямой и обратной градуировки. После этого шкала
снимается с прибора и сдается в черчение. На отградуиро-
ванной шкале ставится на лицевой стороне в углу и на
тыльной стороне шкалы номер прибора. При этом или должен
быть приложен образец шкалы или дан рисунок шкалы на
бумаге с указанием чвсех необходимых знаков, их величины
и местоположения. Следует иметь в виду, что вид шкалы,
число и характер помещаемых
специальным ОСТом на шкалы
Рис. 349. Вспомогательная шкала
для градуировки.
на ней знаков диктуются
(см. приложение). Разбивка
крупных делений на мел-
кие производится при чер-
чении шкалы. На крупных
производствах для этой
цели служат особые черте-
жно-делительные машины.
Расстояние между двумя
отметками крупного деле-
ния делится, в зависимости
от характера разбивки, на
2, 5 или 10 частей. Эти части
должны быть равными, если
шкала равномерная, и изме-
нять свою величину по опре-
деленному закону, если
шкала прибора неравно-
мерна. Для разбивки таких
делений существуют специ-
альные делительно-чертеж-
ные машины. В большом числе практических случаев,
если на шкале величина крупных делений меняется не
очень резко, а достаточно плавно, оказывается возможным
делить крупные деления на равные мелкие деления, без
большого ущерба для точности прибора.
Второй способ градуировки — с помощью вспомогатель-
ной шкалы — очень удобен при работе с приборами, имею-
щими малые вращающие моменты, когда малейшее движе-
ние воздуха сильно колеблет стрелку. Градуировка в этом
случае производится в обычном кожухе под стеклом.
Подготовив прибор _к градуировке, на чистой шкале
прибора укрепляют вспомогательную шкалу. Вспомогатель-
ная шкала представляет собой кусок плотной (так назы-
ваемой, александрийской) бумаги с нанесенными на ней
равномерными делениями и выкроенной таким образом,
что она, будучи наложена на шкалу-прибора, поджимается
под те же винты, которыми крепится шкала. Однако, край
вспомогательной шкалы вырезан по дуге таким образом,
476
что при движении стрелки конец ее движется все время
по краю вспомогательной шкалы (рис. 349).
Прибор с укрепленной вспомогательной шкалой закры-
вают кожухом и включают в схему. После этого, устана-
вливая по образцовому прибору нужные силы тока или
напряжения, производят отсчет по вспомогательной шкале
и записывают в табличку, которая получает, например, для
вольтметра вид, указанный на таблице 16.
ТАБЛИЦА 16
Действительное значе-
ние величины в вольтах
Число делений по
вспомогательной
шкале
О
10
20
30
9
23,7
38,1
52,6
Проведя градуировку снизу вверх (от нуля к концу
шкалы) и в обратном направлении и убедившись в том,
что показания прибора устойчивы, снимают с прибора ко-
жух и острым мягким карандашом наносят на белую шка-
лу точки, согласно записанной таблички. Точки ставят
у самого края дуги вспомогательной шкалы. После того,
как все точки перенесены на белую шкалу, — вспомога-
тельную шкалу снимают, прибор снова закрывают кожухом и
поверяют по нанесенным точкам. Если окажется, что отдель-
ные точки леж9т не совсем там, где надо, — делают поправки.
Если шкала исправна, снимают ее с прибора, пишут
на лицевой стороне в уголке и на обратной стороне номер
прибора и сдают ее для черчения и печатания знаков.
Как видно из описания, способ градуировки с вспомо-
гательной шкалой несколько более хлопотлив, однако, при
правильной организации труда и он может применяться
в цеховых условиях. Как уже было сказано, при градуи-
ровке приборов с очень малым установившимся моментом
(чувствительные логометры, мегомметры, низковольтные
электростатические вольтметры и т. д.) этот способ явля-
ется выгоднее первого даже в отношении экономии времени.
ПОВЕРКА И ГРАДУИРОВКА ВАТТМЕТРОВ
§ 211. Поверка ваттметров методом образцового ватт-
метра на постоянном токе. На рис. 350 показана схема
включения испытуемого ваттметра Wx и образцового UZa
477
для поверки. Последовательная и параллельная цепи ватт-
метров питаются от отдельных источников тока с целью
уменьшения потерь □ реостатах: для питания последователь-
ной цепи применяется источник тока низкого напряжения
(4 — 6v), а для питания параллельной цепи источник тока
высокого сравнительно напряжения, который может быть
рассчитан на небольшие силы тока. Реостаты для последо-
вательной цепи подбираются точно так же, как для по-
верки амперметра, а в параллельной цепи, как для поверки
вольтметра. В качестве образцового ваттметра применяется
обычно электродинамический ваттметр первого класса Л
или К. При отсутствии образцового ваттметра, на постоян-
ном токе можно пользоваться амперметром и вольтметром
Рис. 350. Схема для поверки ваттметров на постоянном
токе.
в качестве образцовых приборов. Однако, при этом неиз-
бежны повышенные погрешности, а также «удобства, свя-
занные с отсчетом по двум приборам.
Перед началом поверки ваттметра, следует внимательно
ознакомиться со всеми надписями, имеющимися на приборе:
системой, пределами измерения, родом тока, рабочим поло-
жением (вертикальное, горизонтальное, под углом), имеется
ли добавочное сопротивление и т. д., в противном случае
можно либо сжечь прибор, либо получить неправильные
показания. Затем проверяют уравновешенность прибора и
устанавливают корректором стрелку на нуль, после чего
его можно включать в схему.
Собрав правильную схему, устанавливают движки реос-
татов в положение, при котором ток и напряжение равны
нулю, после чего пробуют включать отдельно ток и про-
веряют плавность регулировки его. Затем также пробуют
включить отдельно напряжение.
Убедившись, что легко получить любое отклонение от
нуля до конца шкалы, начинают производить поверку.
478
К ваттметру подводят номинальное напряжение и под-
держивают его постоянным на протяжении всего испытания.
Показания ваттметра изменяют путем изменения силы тока
в последовательной цепи. Для определения погрешности
прибора от неточности градуировки и от трения записы-
вают показания образцового ваттметра как при увеличении
отклонений, так и при уменьшении. Разность этих двух от-
счетов дает удвоенную величину погрешности от трения в
опорах. Стрелку испытуемого ваттметра подводят плавно
к делению и избегают при этом сотрясений.
Так как для измерения мощности постоянного тока слу-
жат главным образом ваттметры электродинамической сис-
темы, на которую вследствие Слабости собственного поля
влияют посторонние поля, кроме мер предосторожности,
принятых для устранения этих влияний, необходимо по-
верить прибор еще и при обратном направлении тока и
напряжения.
Таким образом, при-поверке для каждой точки полу-
чают четыре отсчета по образцовому ваттметру. Среднее
из этих отсчетов и принимается за действительное.
Можно при очень тщательной работе и устойчивости
источников тока и напряжения делать только два отсчета
на каждой точке: сверху вниз при одном направлении тока
в обеих обмотках и снизу вверх — при другом направлении.
Результаты отсчетов заносятся в журнал наблюдений, в
виде таблицы.
§ 212. Метод образцового ваттметра на переменном
токе. Поверка и градуировка ваттметров переменного тока
(индукционных и ферродинамических) производится при но-
минальном напряжении, номинальной частоте (50 Hz) и
безиндукционной нагрузке по схеме, показанной на рис. 351.
Трансформатор Т служит исключительно для уменьшения
потерь энергии в реостатах.
479
Методика йоверки при всех нагрузках остается та же,
что на постоянном токе.
Ваттметр переменного тока в основном работает в ус-
ловиях, когда cos«<l, поэтому его показания следует по-
верить и при коэфициентах мощности, отличных от еди-
ницы. Для этого необходимо иметь приспособление для по-
лучения различных сдвигов фаз между током и напряже-
нием. Создание различного сдвига фаз можно осуществить
реостатной схемой и фазорегуляторами.
Рис. 352. Схема для получения различных углов (0—60°) сдвига
между током и напряжением при помощи трехфазного тока.
а) Реостатная схема (рис. 352) осуществляется от
трехфазной цепи. При помощи трехконтактного реостата г
можно, передвигая движок от 3 фазы ко 2-й, менять сдвиг
между напряжением и током
от 0 до 60°. Это ясно видно из
диаграммы рис.. 353. Конец век-
тора напряжения U', в зависи-
мости от положения движка рео-
стата К, перемещается вдоль
вектора (723, благодаря чему из-
меняется сдвиг между U' и £/13.
Напряжение U13 питает после-
довательную цепь, поэтому в фазе
с ним находится ток Z. Регу-
лировка величины напряжения
U' производится реостатом.
Если порядок следования
Рис. 353. Диаграмма к рис. 352.
фаз соответствует тому, кото-
рый обозначен на рис. 352, то сдвиг получается положи-
тельным (ток отстает от напряжения). Если же порядок
фаз соответствует цифрам в скобках, то сдвиг получается
отрицательным (емкостным). При необходимости узнать ка-
480
кой именно сдвиг имеет место, последовательно с парал-
лельной обмоткой образцового (электродинамического) ватт-
метра включается катушка индуктивности L. При размы-
кании рубильника (рис. 352) в случае индуктивного
сдвига, показание ваттметра несколько увеличивается, а в
случае емкостного сдвига — уменьшается.
б) Более удобным приспособлением для изменения сдвига
фаз между током и напряжением является фазорегуля-
тор. Он Представляет собой асинхронный двигатель с коль-
цами, якорь которого заторможен и может поворачиваться
лишь от руки. Такой двигатель превращается по существу
в трансформатор с напряжением во вторичной обмотке,
сдвинутым по отношению к напряжению в первичной цепи,
в зависимости от положения ротора относительно статора.
Первичная цепь фазорегулятора питается от сети, а вторич-
ное напряжение подается к параллельной цепи ваттметра.
Так как последовательная цепь ваттметра питается от той
же цепи, что и первичная обмотка фазорегулятора, то пере-
мещение ротора вызывает сдвиг фаз между током и на-
пряжением в цепи ваттметра.
§ 213. Метод потенциометра. Поверка и градуировка ватт-
метров I класса производится при помощи потенциометра
на постоянном токе. Поверка производится обычно при по-
стоянном напряжении, отклонение же ваттметра регули-
руется изменением силы тока в последовательной цепи.
Поверку производят на двух потенциометрах: одним
потенциометром измеряют силу тока, другим — напряжение.
Неудобства этого метода очевидны: он требует двух потен-
циометров и трех наблюдателей.
Вместо двух потенциометров можно применить переклю-
чатель К (рис. 354), при помощи которого можно время от
времени проверять постоянство напряжения, пользуясь при
этом тем же потенциометром, при помощи которого изме-
ряется сила тока в последовательной цепи.
* На рис. 355 показана схема, в которой применен также
только один потенциометр. Эта схема основана на исполь-
зовании одной и той же батареи для питания последова-
тельной цепи испытуемого ваттметра и рабочей цепи по-
тенциометра. Кроме того, эта схема предполагает, что ватт-
метр поверяется при постоянной силе тока, а показания
его изменяются путем изменения напряжения.
Через последовательную обмотку пропускают ток номи-
нальной силы, протекающий одновременно через образцо-
вое сопротивление /х такой величины, чтобы падение на-
пряжения на нем равнялось падению напряжения на потен-
циометре, когда через него проходит номинальный рабочий
31 Зак. 3924. — Элек 1роизмет)1пельпая ^ехшгка. 481
ток. Следовательно, устанавливая рабочий ток потенцио-
метра при помощи реостата мы тем самым устанавли-
ваем силу тока в последовательной обмотке ваттметра.
Теперь можно нормальным путем измерять падение на-,
пряжения на зажимах параллельной цепи ваттметра при
помощи делителя напряжения AL
Рис. 354. Поверка ваттметра при помощи одного потенциометра с пере-
ключателем.
Некоторым недостатком этой схемы является то, что при
неточной установке рабочего тока или его изменении в
процессе работы, одновременно изменяется и сила тока в
последовательной цепи ваттметра. Поэтому здесь рекомен-
дуется после каждой поверенной точки проверить рабочий
ток потенциометра.
Рис. 355. Поверка ваттметра при помощи одного потенциометра.
Следует отметить еще одно неудобство этого метода,
заключающееся в невозможности соединения генераторных
концов ваттметра, что в некоторых случаях может привести
к нежелательным утечкахМ и изменению результатов по-
верки.
482
РЕГУЛИРОВКА СЧЕТЧИКОВ
§ 214. Методы регулировки.. Из-за сложного характера
нагрузочной кривой электрических счетчиков их регули-
ровка должна производиться не меньше, чем в двух точках
этой кривой, из которых одна находится в пределах малых
нагрузок; а другая близка к номинальной нагрузке. Обычно,
счетчики регулируются при номинальной нагрузке и при
нагрузке в 10% от номинальной. Регулировка может вес-
тись по одному из двух методов: либо по контрольному
счетчику, либо с помощью ваттметра и секундомера. В про-
изводственных условиях, при массовой регулировке, счет-
чиков пользуются обычно первым способом. Второй спо-
соб, требующий наличия точных приборов: ваттметра, вольт-
метра, амперметра и секундомера, применяется, как правило
в лабораторных условиях.
При наличии контрольного счетчика, последний вклю-
чается в цепь одновременно с регулируемыми счетчиками.-
Его токовая обмотка включается в цепь последовательно с
токовыми обмотками регулируемых счетчиков, а катушка
напряжения — параллельно с катушками напряжения этих
счетчиков. В последовательную цепь счетчиков включается
амперметр, в параллельную цепь — вольтметр. Эти приборы
позволяют установить необходимый для регулировки режим
электрической цепи.
При таком включении одинаково отрегулированные счет-
чики должны вращаться с одинаковой скоростью. Задача
регулировщика — добиться чтобы все счетчики при любой
нагрузке вращались с такой же скоростью, с какой вра-
щается включенный одновременно с ним контрольный счет-
чик. При регулировке последовательная цель счетчиков
отделяется от параллельной. Это позволяет установить
в последовательной цепи счетчиков источник тока с ма-
лой э.д.с. и тем самым снизить потери этой цепи в не-
сколько раз по сравнению со случаем неразделенных цепей
тока и напряжения.
Методы регулировки скорости вращения счетчиков по
стоянного и переменного тока совершенно одинаковы. Од-
нако, регулировка индукционных счетчиков требует неко-
торых дополнительных операций и учета такого важного
фактора, как сдвиг фаз между током и напряжением в цепи.
Это значительно усложняет схему и процесс регулировки
индукционных счетчиков по сравнению с электродинами-
ческими счетчиками.
Схема для регулировки электродинамических счетчиков
дана на рис. 356. Источниками питания в этой схеме обычно
31* 433
Рис.356. Схема для регулировки электродинамических счетчиков.
Рис. 357. Схема для регулировки индукционных счетчиков.
Рис. 358. Схема для пол} ченпя 90° сдвига при помощи грехфазного тока.
служат аккумуляторы, что обеспечивает устойчивый режим
работы счетчиков при их регулировке.
На рис. 357 представлена схема для регулировки индук-
ционных счетчиков, в которой для получения необходимого
для регулировки сдвига фаз между напряжением и током
использован фазорегулятор. В случае отсутствия фазоре-
гулятора можно воспользоваться либо схемой рис. 352, ко-
торая дает возможность регулировать сдвиг фаз от 0 до
69°, либо схемой рис. 358, которая дает возможность регу-
лировать сдвиг от 60 до 120э.
Действие последней схемы станет ясным, если учесть
что последовательные цепи ваттметра и счетчика пи-
таю!ся напряжением U23 (см. диаграмму рис. 353) через
трансформатор.
§ 215. Установление 90° сдвига. Предварительной опе-
рацией при регулировке индукционного счетчика является
установление точного сдвига 6 = 90° между потоками Ф7 и
Ф^.. Для этой цели через последовательные обмотки счет-
чиков пропускается ток номинальной силы, а к их парал-
лельным катушкам подводится номинальное напряжение. В
цепи с помощью фазорегулятора или специальной реостат-
ной' схемы (рис. 358) устанавливается индуктивный сдвиг
фаз ф между током / и напряжением U, равный 90°. На-
личие такого сдвига можно установить по контрольному
счетчику, который при этом будет стоять; если регулировка
ведется методом ваттметра и секундомера, то при этих
условиях образцовый ваттметр должен показывать нуль.
Если при этих же условиях изменять потоки Ф7 и Ф^ в
регулируемых счетчиках так, чтобы угол ф между ними
оказался равным нулю и счетчики остановились, то и они
будут удовлетворять требованию <? -ф-ф — 90°, а значит при
ср —0 сдвиг ф между Ф; и Ф^ в них будет равен 90°.
Выше (§ 144) указывалось, что конструкция индукцион-
ных приборов обеспечивает сдвиг ф, близкий к 90°. Для
точной установки его служат короткозамкнутые витки и
медная пластинка е (рис. 246) в зазоре между сердечником
напряжения и ярмом. При ? = 90° регулируемый счетчик
может вращаться в ту или иную сторону: это вращение
происходит в направлении, указанном стрелкой на щитке,
если угол ф положительный (Ф6, отстает от Ф7), и в противо-
положную сторону при отрицательном значении ф (Ф^ опе-
режает Ф7). В первом случае пластинку е в зазоре следует
опускать, пока счетчик не остановится. Если перемещение
пластинки окажется для этого недостаточным, то следует
увеличить число короткозамкнутых витков на сердечнике
485
тока. Во втором случае пластинку е следует поднимать и,
если, этого мало, уменьшить число короткозамкнутых
витков.
Следует помнить, что перемещение пластинки дает плав-
ную регулировку сдвига, тогда как добавление или снятие
каждого короткозамкнутого витка изменяет сдвиг резко.
§ 216. Регулировка при номинальной нагрузке. Регули-
ровка скорости вращения счетчика при номинальной наг-
рузке выполняется путем изменения тормозящего момента.
Если испытуемый счетчик вращается слишком быстро по
сравнению с контрольным, то магнит в нем следует пере-
местить к краю диска. С увеличением расстояния между
осью диска и центром потока постоянного магнита (плеча
тормозящего усилия), тормозящий момент увеличится и
диск будет вращаться медленнее. Это увеличение будет
происходить лишь до тех пор, пока край магнита не пере-
шел за край диска. Наибольшее торможение соответствует
положению, при котором внешний край магнита отступает
от края диска на 1,5 — 2 mm.
В некоторых счетчиках магнит укрепляется совершенно
неподвижно, и тормозящий момент изменяется с помощью
магнитного шунта, направляющего большую или меньшую
часть магнитного потока мимо диска.
§ 217. Регулировка при малой нагрузке. Регулировка
счетчиков при малых* нагрузках — обыкновенно при на-
грузке в 1О°/о от номинальной—производится с помощью
приспособления для компенсации трения. В электродинами-
ческих счетчиках таким приспособлением является компен-
сационная катушка, включенная последовательно с якорем.
Приближая компенсационную катушку к якорю или устана-
вливая ее так, чтобы ее ось была направлена по возмож-
ности ближе к центру якоря, мы увеличим создаваемый ею
дополнительный вращающий момент — скорость якоря при
этом возрастет. Удаление компенсационной катушки от
якоря или смещение ее оси в сторону от центра уменьшит
дополнительный вращающий момент катушки, благодаря
чему скорость вращения счетчика уменьшится.
В индукционном счетчике типа Б2 компенсация трения
производится с помощью регулировочного винта i (см.
рис. 246). Вывинчивание регулировочного винта удлиняет
путь ответвляемой части параллельного потока Ф^ по же-
лезу винта и увеличивает его сдвиг относительно основной
части потока Ф^. Это приводит к увеличению дополнитель-
ного (компенсационного) вращающего момента, и следова-
тельно, скорость вращения диска счетчика увеличивается.
486
Завинчивание регулировочного винта, наоборот, замедляет
вращение диска.
Благодаря тому, что дополнительный момент, создаваемый
компенсационными приспособлениями, мал по сравнению с
полным вращающим моментом счетчика, изменение его ос-
тается незаметным при большой скорости вращения счет-
чика. Это делает регулировку при нагрузке в одной об-
ласти нагрузочной кривой почти независимой от регули-
ровки в другой области нагрузок.
При . установлении необходимого дополнительного вра-
щающего момента следует остерегаться „перекомпенсации“,
при которой подвижная часть счетчика вращается под вли-
янием одного компенсирующего момента ^при отсутствии
тока в последовательной цепи. Вращение якоря счетчика
при отсутствии нагрузочного тока называется самоходом.
Другой причиной самохода в индукционных счетчиках
являются перекосы различных элементов электромагнитной
системы друг относительно друга. В счетчике типа Ба тор-
мозящим приспособлением против самохода служит неболь-
шой железный угольник, вставленный в сердечник парал-
лельной обмотки счетчика. Под влиянием тока в этой об-
мотке он намагничивается и притягивает проволочку Т
(рис. 249) или железный винтик, насаженные на ось диска.
Сила этого притяжения очень мала, но она достаточна,
чтобы предотвратить самоход. Нужно, однако, отметить,
что и компенсация трения и уничтожение самохода вносят
известные искажения в работу счетчика *при малых нагруз-
ках. Учет расхода энергии при нагрузках в 1—3% Для
счетчиков возможен лишь приблизительно, с погрешностью,
достигающей десятков процентов.
§ 218. Поверка счетчиков методом ваттметра и секундо-
мера. В лабораторных условиях метод контрольного счет-
чика обычно заменяется методом ваттметра и секундомера.
Собственно регулировка счетчиков в данном случае ничем
не отличается от регулировки, описанной выше. Изменяется
лишь способ определения степени отрегулированности счет-
чика. О правильности работы его в этом случае приходится
судить по соответствию скорости вращения той, теорети-
чески вычисленной скорости для данного режима цепи, ко-
торая устанавливается по образцовому ваттметру и поддер-
живается во все время отсчета, определяемого по секундо-
меру.
При строго поддерживаемой в цепи мощности Р энергия,
учитываемая счетчиком за время /, должна точно равняться
Pt. Включив в цепь последовательно токовые обмотки ватт-
метра и счетчика и амперметр, а обмотки напряжения ватт-
487
метра и счетчика и вольтметр — в цепь параллельно, уста-
навливаем по амперметру требуемый нагрузочный ток, по
вольтметру — номинальное напряжение на концах обмоток
параллельной цепи приборов. С помощью фазорегулятора'
(или других приспособлений для регулировки сдвига фаз)
устанавливаем по ваттметру требуемую мощность Р. На
щитке счетчика указаны его номинальный ток, напряжение
и передаточное число NQ счетчика. Для отсчета намечаем
определенный промежуток времени tQ (30 — 60 секунд) и
определяем то число оборотов, которое должен сделать
диск счетчика за это время при данной мощности Р. Пере-
даточное число счетчика обозначает число оборотов на
1 киловаттчас или на 3 600X1000 ваттсекунд. Следова-
тельно, число оборотов N, которое должен сделать диск
счетчика за время t0, при .мощности Р определится из ра-
венства:
_ N0-P-tn
3 600 • 1 000’
где Р выражено в ваттах, a t0— в секундах. Так как
отсчитывать доли оборота диска неудобно,то обычно уста-
навливают заранее не время, а число оборотов диска, кото-
рое желательно отсчитать, и подсчитывают время t0, в тече-
ние которого это число оборотов W должно совершаться:
_ Л/ 3600 • 1000
°~К0' Р
Если показания секундомера t отличаются от теорети-
чески вычисленного значения /0, то погрешность счетчика
для данной нагрузки:
юоо/о.
§ 219. Регулировка трехфазных счетчиков. Регулировка
многоэлементных трехфазных счетчиков аналогична регули-
ровке однофазных индукционных счетчиков; Тольк> в них
обычно приходится предварительно регулировать каждый
элемент отдельно, при выключенном нагрузочном токе
В остальных элементах’, а затем проверять счетчик под общей
нагрузкой всех трех фаз. Именно т^к и регулируется счет-
чик типа И на заводе .Электроприбор". Регулируемый эле-
мент перемещается при этом вдоль плоскости диска до тех
пор, пока скорость вращения диска не совпадет со ско-
ростью вращения диска контрольного счетчика, работающего
в тех же условиях. После этого во второй элемент влючается
488
ток в направлении, обратном нормальному. Вращающий
момент второго элемента оказывается направленным в обрат-
ную сторону. Второй элемент перемещается вдоль плоскости
диска до тех пор, пока его вращающий момент не уравно-
весит вращающий момент первого элемента, и счетчик
остановится. После этого счетчик включается нормально,
и с помощью магнита регулируется тормозящий момент
счетчика, одинаково воздействующий на оба элемента так,
чтобы его действительная постоянная соответствовала номи-
нальной постоянной, указанной на щитке.
ПОВЕРКА ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
§ 220. Общие замечания.Измерительные трансформаторы,
как правило, обладают большей устойчивостью к коротким
замыканиям и перенапряжением в сети, чем измерительные
приборы. Поэтому очень часто оказываются поврежденными
именно измерительные приборы, а не трансформаторы. Заме-
няя поврежденный прибор, необходимо предварительно
поверить, трансформатор тока или напряжения.
При поверке трансформаторов следует измерить погреш-
ность в коэфициенте трансформации и угловую погрешность.
Последнее имеет большое значение при включении ватт-
метров и счетчиков, так как угловая погрешность в не-
сколько десятков минут при малых коэфициентах мощности
может в измерении вызвать погрешности, достигающие
нескольких процентов.
Измерительные трансформаторы нужно поверить также
и перед установкой, так как при транспортировке они могли
быть повреждены.
При установке трансформаторов весьма существенное
значение имеет правильность маркировки концов обмоток.
Неправильные обозначения выводных концов или отсут-
ствие этих обозначений являются причиной неправильных
включений измерительных приборов. В особенности это
существенно при включении трехфазных приборов (см.§ 242),
когда обнаружение неправильных включений часто оказы-
вается весьма затруднительным. Поэтому перед установкой
необходимо проверить правильность разметки концов обмо-
ток или иначе—полярность измерительных трансформа-
торов.
§ 221. Проверка полярности измерительных трансфор-
маторов. При проверке полярности измерительных трансфор-
маторов обозначения одной из обмоток, например, первич-
ной выбирают произвольно. Остается тогда определить
только начало вторичной обмотки. Простой способ проверки
489
полярности заключается в сравнении испытуемого трансфор-
матора с другим, полярность которого уже известна. Схема
включения трансформатора тока для определения поляр-
ности показана на рис. 359. Первичные обмотки испытуе-
мого х и известного М трансформаторов включаются после-
довательно, а во вторичную цепь трансформаторов вклю-
чаются три амперметра. При правильном обозначении зажи-
мов вторичной обмотки испытуемого трансформатора сред-
ний амперметр должен показать разность токов IN— 1Х\
В противном случае вторичную обмотку следует переклю-
чить и ее выводные зажимы обозначить так, как это ука-
Рис. 359. Схема для проверки полярности трансформатора тока.
Подобная же схема для определения полярности трасфор-
маторов напряжения изображена на рис. 360. Здесь, при
правильных обозначениях, вольтметр V должен показать
разность напряжений UN— Ux.
Пои отсутствии трансформатора с известной полярностью
можно воспользоваться следующим способом. Присоединить
источник постоянного тока небольшого напряжения (рис. 361)
к одной из обмоток трансформатора через рубильник К-
Вторичную обмотку следует замкнуть на магнитоэлектри-
ческий прибор.
1 При равенстве коэфициентов трансформации трансформаторов пока-
зание должно быть равно нулю. В этом случае достаточно включить
только один амперметр.
490
При замыкании цепи источника тока во вторичной цепи
трансформатора индуктируется импульс тока, отклоняющий
стрелку прибора. Если отклонение стрелки прибора полу-
Рис. 360. Схема для проверки полярности трансфор-»
матора напряжения.
чится в положительную сторону, то одноименными зажи-
мами и или Л2 и и2) будут те, к которым присоеди-
нены „плюс" источника тока и „плюс" прибора.
Рис. 361. Схема для проверки полярности измерительных
трансформаторов на постоянном токе.
Полярность трансформатора тока можно проверить также
при помощи электродинамического ваттметра (рис. 362), по-
следовательную катушку которого следует для этого
включить последовательно с первичной обмоткой трансфор-
491
матора, а параллельную — присоединить к зажимам вторич-
ной обмотки трансформатора. Если отклонения ваттметра
происходят в положительную сторону, то начала обмоток
трансформатора определяются по генераторным концам
ваттметра так, как это показано на рис. 362.
Рис. 362. Проверка полярности при помощи ваттметра.
§ 222. Поверка трансформаторов тока и напряжения.
Для определения коэфициента трансформации трансфор-
матора тока пользуются методом сравнения с образцовым
Рис. 363. Схема для поверки трансформаторов тока.
трансформатором, погрешность которого либо принимается
равной нулю, либо известна и может быть учтена.
В качестве образцового трансформатора применяют
трансформаторы, имеющие несколько пределов измерения
492
и допускающие, следовательно, поверку трансформаторов
с различными коэфициентами трансформации. Желательно,
чтобы образцовый трансформатор по точности был на один
класс выше поверяемого. Кривая погрешности образцового
трансформатора должна быть известна, чтобы можно было
внести соответствующие поправки.
На рис. 363 приведена простейшая схема поверки транс-
форматоров тока.
Здесь W—образцовый трансформатор, X—испытуемый.
Для получения больших сил токов включен вспомогатель-
ный трансформатор Т. В качестве такого трансформатора
можно иногда воспользоваться подходящим трансформа-
тором тока, включив его так, чтобы обмотка низкого напря-
жения (вторичная) служила первичной обмоткой. Однако,
следует иметь в виду замечания, приведенные на стр. 465.
Рис. 364. Схема для поверки трансформаторов напряжения.
В качестве приборов, измеряющих вторичные токи транс-
форматоров, следует применять приборы 1 класса, чтобы
погрешности самих приборов не повлияли на точность
измерения коэфициента трансформации.
Если через обозначить коэфициент трансформации
образцового трансформатора, то коэфициент трансформации
испытуемого можно определить из выражения:
__ Av
П1Х niN ~Т~ >
где /у и соответственно вторичные токи образцового
и испытуемого трансформаторов,
493
nix ~ коэфициент трансформации испытуемого трансфор-
матора.
Для измерения коэфициента трансформации трансфор-
маторов напряжения можно воспользоваться схемой рис. 364,
где Л/—образцовый трансформатор, а X— испытуемый.
Для получения необходимого высокого напряжения
служит вспомогательный трансформатор Л в качестве кото-
рого можно воспользоваться трансформатором напряжения.
Так как применяемые здесь Напряжения могут быть
опасными для жизни, необходимо заземлять все вторичные
цепи трансформаторов так, как это показано на рис. 364.
В качестве приборов, измеряющих вторичные напряжения,
следует применять приборы первого класса.
Коэфициент трансформации испытуемого трансформа-
тора вычисляется по формуле:
ПЪТХ nUN IT >
X
где и — коэфициенты трансформации,
UK и UN —вторичные напряжения соответственно
испытуемого и образцового трансформаторов.
Описанный способ поверки трансформаторов не дает
точных результатов, так как погрешности образцового
трансформатора и измерительных приборов все же иска-
жают результаты измерений. Для более точного определе-
ния коэфициента трансформации, а также угловой погреш-
ности, применяются специальные компенсационные методы,
позволяющие к тому же вести поверку без образцовых
трансформаторов. Эти методы приспособлены для лабора-
торных условий, требуют специальной лабораторной аппа-
ратуры и поэтому здесь не рассматриваются.
ГЛАВА XXI
РЕМОНТ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
МЕТОДИКА ОБНАРУЖЕНИЯ НЕИСПРАВНОСТЕЙ И НЕОБХОДИМАЯ
АППАРАТУРА
§ 223. Неисправности электроизмерительных приборов
и причины их возникновения. Возможные неисправности
электроизмерительных приборов столь многочисленны, что,
разумеется, нет никакой возможности предусмотреть и опи-
сать их всех. Поэтому ниже мы дадим таблицу лишь наи-
более часто встречающихся и характерных неисправностей
с указанием методов их обнаружения.
Можно указать на следующие основные причины, вызы-
вающие неисправную работу измерительных приборов:
1) прибор подвергся более или менее сильным ударам
или вибрации;
2) прибор подвергся электрической перегрузке;
3) прибор был в эксплоатации столь долгое время, что
отдельные части его износились.
Первая причина вызывает главным образом механиче-
ские неисправности:
а) мнется и покрывается царапинами кожух прибора;
б) разбивается защитное стекло;
в) деформируются отдельные детали подвижной части,
вызывая этим потери уравновешенности, задевания за непод-
вижные части и пр;
г) портятся опоры, создавая этим увеличенное трение;
д) развинчиваются и разбалтываются крепежные детали
прибора.
Однако, теми же причинами могут вызываться иногда
(относительно редко) и нарушения электрических качеств
прибора: обрыв проводов, повреждение изоляции, ослабле-
I ние магнитов и т. п.
Вторая причина — электрическая перегрузка, едва ли не
наиболее частая причина неисправностей измерительных
приборов. Вызываемые ею неисправности обычно электри-
ческого характера (нарушение изоляции, обрыв в цепи
495
и короткие замыкания) сопровождаются почти всегда и меха-
ническими деформациями подвижной части (приведением
в негодность пружинок, повреждением стрелки и смещением
ее относительно оси, смещением успокоителя, нарушением
уравновешенности и т. п.).
Третья причина вызывает обычно чисто механические
неисправности, причем все эти неисправности сводятся почти
исключительно к увеличению трения в опорах и изменению
нулевого положения стрелки прибора.
Понятно, что^кроме трех основных, существует еще
множество других, реже встречающихся причин возникно-
вения неисправностей. Предусмотреть их все нет ни воз-
можности, ни надобности.' Таковы, например, воздействие
на прибор ненормально высоких или низких температур,
окисляющих или разъедающих жидкостей, газов, и т. п.
§ 224. Общая методика обнаружения неисправностей.
Неисправности электроизмерительных ~ приборов удобнее
всего разделить ч на м е х а н и ч е с к и е неисправности (не-
исправность кернов и опор, неисправность пружинок и т. п.)
ина электрические (обрыв, короткие замыкания и т. п.).
Целесообразно рассматривать отдельно методику обнару-
жения механических неисправностей и методику обнаруже-
ния электрических неисправностей.
Механические нейсправности обнаруживаются, главным
образом, механическим путем, однако часто для точного
определения той или иной механической неисправности
приходится прибегать к включению прибора в цепь.
Что касается электрических неисправностей, то все они
определяются исключительно электрическим путем. В та-
блице 17 приведены основные признаки некоторых неис-
правностей и возможные причины их возникновения.
Рассмотрим методику обнаружения основных механиче-
ских неисправностей.
а) Большое трение в опорах и задевание в
подвижной части. Само по себе большое трение яв-
ляется, как известно, причиной затруднительности или
невозможности движения. Следовательно, для обнаружения
большого трения в опорах, необходимо посмотреть, как
вращается подвижная часть. Для этого легче всего посту-
пить следующим образом: взять прибор в руки и легким
покачиванием его в плоскости, перпендикулярной оси вра-
щения подвижной части, заставить последнюю переме-
щаться относительно шкалы прибора. Наблюдая за дви-
жением стрелки, можно легко обнаружить, так называемое,
„затирание", когда стрелка вовсе не двигается, или передви-
гается с трудом, останавливаясь в нескольких положениях.
496
В этом случае возможны две неисправности: либо боль-
шое трение в опорах, либо задевание подвижной части.
Если имеет место большое трение в опорах, то оно
во-первых, сравнительно редко бывает такой величины,
чтобы подвижная часть совсем не могла вращаться (под-
вижная часть зажата между опорами), и во-вторых, как
правило, это трение должно быть постоянным по всей
шкале.
Следовательно, для окончательного выяснения вида
неисправности необходимо поступить следующим образом.
При несвободном движении стрелки необходимо, включив
прибор в цепь, снять показания по всей шкале, наблюдая
при этом движение стрелки. Если при различных углах
отклонения и легком постукивании пальцем по кожуху
прибора, стрелка по всей шкале примерно одинаково от-
ходит от ,первоначального положения (до постукивания),
то это говорит за то, что в данном случае имеет место
большое .трение в опорах. В случае застревания стрелки
в одной или нескольких определенных точках шкалы —
имеет место задевание в подвижной части.
Если стрелка вовсе не двигается, то необходимо вскрыть
прибор и несколько отвинтить верхнюю опору, создав
таким образом некоторый зазор между керном и камнем
или увеличить уже существующий. Если' при этом явление
будет прежним, то неисправность заключается в задевании
подвижной части. В противном случае, т. е. при наличии
возникновения более или менее свободного движения
стрелки, 'Неисправность заключается в слишком большом
трении в опорах.
б) Неуравновешенность. У приборов с пружин-
ками, как правило, подвижная часть должна быть в состо-
янии безразличного равновесия, т. е. центр тяжести ее
должен совпадать с осью ее вращения. Исключения из
этого правила крайне немногочисленны. Что система урав-
новешена, можно убедиться, запомнив место стрелки на
шкале при вертикальном положении оси и взяв затем при-
бор в руки: стрелка должна устойчиво стоять на этом же
месте, какое бы положение ни было, придано прибору.
Если с изменением положения прибора стрелка меняет
свое место на шкапе — прибор неуравновешен.
в) Обрывы. Всевозможного рода обрывы в электри-
ческой цепи прибора могут происходить либо от механи-
ческих причин (тряска), либо от электрических (перего-
рание проводников в результате перегрузки).
Обрыв какой-либо электрической цепи характеризуется
невозможностью протекания по ней тока, а следовательно,
32 Зак. 3924. — Элек1роизмерптельная техника. 497
ТАБЛИЦА 17
№ п/п Основной признак неисправности Предварительное испытание Результаты предварительного испытания Возможные неисправности §, где описан способ устране- ния
1 Стрелка не стоит на нуле и кор- ректором не уста- навливается на нуль Легкое покачи- вание прибора а) Стрелка отклоняется легко и свободно Неуравновешенность (для при- боров с горизонтальной осью). Стрелка погнута или смещена на оси. Электростатический заряд на стекле 230
. б) Стрелка отклоняется не- свободно или вовсе не от- клоняется Большое трение в опорах. Задевание в подвижной части 227 231
2 3 Стрелка не откло- няется под током То же а) Стрелка отклоняется легко и свободно Обрыв в цепи прибора 232
б) Стрелка не отклоняется То же, что в пункте 1 б —
Стрелка откло- няется под током весьма незначи- тельно То же а) Стрелка отклоняется легко и свободно Короткое замыкание в цепи прибора. Переменный контакт в схеме 233 234
б) Стрелка отклоняется не- свободно или вовсе не от- клоняется То же, что в пункте 16

4 После выключе- ния прибора стрелка не воз- вращается на нуль То же а) Стрелка отклоняется легко и свободно Неисправность пружинок 229
б) Стрелка отклоняется не- свободно То же, что в пункте 16 —
5 Прибор дает пре- увеличенные по- казания ’ Сравнение пока- заний прибора с образцовым а) Погрешность прибора зна- чительно превосходит допу- стимую величин} Обрыв в шунте. Короткое замыкание в до- бавочном сопротивлении. Пробой добавочного конден- сатора (для электростатич. приборов) 222 233 235
б) Погрешность прибора вы- ходит за допустимые пределы, но незначительно Неисправность пружинок, большое трение в опорах 229
6 । Прибор дает пре- уменьшенные по- казания То же а) Погрешность прибора зна- чительно превосходит допу- стимую величину • Короткое замыкание в цепи прибора. Утечка через изоляцию 233 2 5
б) Погрешность прибора вы- ходит за допустимые пределы, •но незначительно Незначительная утечка через изоляцию 235
7 Прибор дает не- устойчивые пока- зания при изме- рении одной и той же величины То же Погрешность прибора непо- стоянна Большое трение в опорах. Неисправности пружины. Задевание в подвижной части. Переменный контакт в схеме прибора. 227 229 231 234
основным признаком этой неисправности является отсут-
ствие тока при включении прибора в цепь.
Это обстоятельство и используется для обнаружения
обрывов. Для этой цели, очевидно, необходимо включить
измерительный прибор в цепь и наблюдать за отклонением
стрелки. Если прибор отклоняется нормально, то обрыва,
видимо нет. При отсутствии отклонения, вообще говоря,
могут быть два случая: механическая неисправность или
обрыв в цепи. Для того чтобы обнаружить, что же именно
имеет место в данном случае, проще всего проверить при-
бор в механическом отношении так, как
это было указано выше.
При условии исправности прибора
в механическом отношении, мы имеем
дело, очевидно, с обрывом. Теперь остается
только установить место обрыва. Для
этого необходимо иметь какой-либо мало-
мощный источник тока, например, сухой
элемент, предохранительное сопротивление
и гальванометр, как индикатор отсутствия
тока. Собрав затем схему так, как это
показано на рис. 365, проверяют наличие
обрыва по гальванометру, а затем при-
ступают к нахождению места обрыва. Это
делается таким образом. Осторожно сни-
мают кожух прибора и концы проводни-
ков а — а (рис. 365) приключают к отдельным участкам внут-
ренней схемы. Само собою разумеется, что приключение
проводников к отдельным участкам схемы нужно мыслить
не как стационарное, а как временное, осуществляя его
путем касания обоих проводников к соответствующим
точкам схемы.
Таким образом, можно проверить обмотку рамки, доба-
вочное сопротивление, шунт, отдельные подводящие ток
проводнички и т. п. При каждой проверке, наличие откло-
нения гальванометра указывает на исправность данного
участка. Наоборот, отсутствие отклонения указывает на
наличие обрыва. Таким путем проверяя отдельные элементы
схемы, находят место обрыва.
Вместо гальванометра, в качестве индикатора отсутствия
тока, может служить телефон. Отсутствие звука в последнем
при включении указывает на наличие обрыва.
г) Переменный контакт. Переменный контакт об-
наруживается следующим образом. При включении изме-
рительного прибора в цепь его показания в случае неис-
правности должны резко изменяться. Это непостоянство
500
я а
Рис. 365. Схема
для обнаружения
места обрыва.
показаний прибора и указывает на переменный неустойчивый
контакт в схеме, место которого можно найти так: не вы-
ключая прибор из схемы, осторожно снимают кожух при-
бора и постепенно испытывают все подводящие ток про-
водники путем качания и легкого изгиба их, наблюдая все
время за показаниями прибора. При .покачивании и дви-
жении проводника, имеющего плохой контакт, показания
прибора будут меняться особенно резко.
Если таки\г путем переменный контакт обнаружить не
удалось, то прибегают к помощи гальванометра (см. схему
рис. 365), исследуя каждый элемент схемы в отдельности,
аналогично тому, как это делалось для обнаружения
обрыва.
Постоянное отклонение гальванометра указывает на
исправность данного элемента схемы. Наоборот, меняющиеся
показания гальванометра, указывают на наличие неустой-
чивого переменного, контакта.
§ 225. Предосторожности при. разборке приборов. При
разборке электроизмерительных приборов для обнаружения
и, главным образом, для устранения неисправностей тре-
буется соблюдать известные предосторожности.
Конечно, трудно перечйслить все те предосторожности,
которые нужно иметь в * виду при разборке различных
электроизмерительных приборов, для этого пришлось бы
говорить о каждОхМ приборе в отдельности. Укажем поэтому
лишь на некоторые основные, общие для всех приборов
предосторожности при разборке.
Разборку электроизмерительных приборов следует на-
чинать со снятия кожуха, отвинтив соответствующие кре-
пежные винты. Ни в коем случае нельзя отвинчивать до
снятия кожуха какие бы то ни было винты помимо крепящих
кожух. После этого сам кожух снимается осторожно, путем
постепенного покачивания и одновременного подъема, не
вращая его, однако, относительно цоколя. Вращение кожуха
относительно цоколя может вызвать порчу корректора.
После вскрытия прибора, необходимо убедиться в том,
можно ли продолжать разборку или предварительно необ-
ходимо отпаять проводники, соединяющие измеряющий
механизм с цоколем, так как отпайку часто удобнее про-
изводить до отвинчивания крепежных винтов.
В большинстве приборов удобнее всего сначала снять
шкалу, которая освобождает большое поле зрения и поз-
воляет свободно оперировать инструментом. При снятии
шкалы необходимо чрезвычайно осторожно поступать в
отношении подвижной части, по возможности не задевая
ее, чтобы не затупить кернов и не погнуть стрелку.
501
После снятия шкалы выгоднее всего освободить весь
механизм прибора от цоколя, чтобы иметь возможность
осмотреть механизм со всех сторон. При этом необходимо
установить, какие именно винты крепят механизм прибора
к цоколю, чтобы не отвинтить какую-нибудь деталь, осво-
бождение которой может вызвать иногда повреждения в
измеряющем механизме.
Разборку надо вести точно зная, что именно требуется
в данном случае разобрать и нужно ли разбирать прибор
целиком. Кроме того, следует разбирать детали так, чтобы
соблюдалась известная последовательность и плановость
в разборке, ни в коем случае не допуская наполовину
разобранных деталей, что может повести к возникновению
новых неисправностей.
§ 226. Организация рабочего места и необходимая
аппаратура. При ремонте электроизмерительных приборов
необходимо обратить особое внимание на организацию
рабочего места. Последняя необходима не только для уско-
рения и удобства работы, но и для производства надежного
ремонта, в целях предохранения прибора от попадания
в него посторонних тел, особенно железных опилок. Поэтому,
прежде всего, рабочее место должно быть удалено от
всевозможного рода слесарных работ, особенно от мест,
где производятся работы по обтачиванию и шлифовке же-
лезных предметов.
Кроме того, так как при ремонте электроизмерительных
приборов приходится иметь дело с деталями весьма малых
'размеров, необходимо обеспечить сохранность этих деталей,
для чего удобнее всего работать на толстом стеклянном
листе. Стеклянный лист позволяет, кроме того, соблюдать
безукоризненную чистоту.
В некоторых случаях, когда есть опасность повредить
внешнюю отделку деталей (никелировку, полировку и т. п.)
желательно располагать эти детали на мягкой фланели.
Необходимый инструмент должен быть расположен под
рукой, чтобы не приходилось искать его в нужный момент.
Инструмент должен находиться в полной исправности,
ибо неисправный инструмент делает работу по ремонту
приборов затруднительной, а иногда и просто невоз-
можной.
Из всех устройств, с которыми приходится иметь дело
в практической электротехнике, без сомнения, самым неж-
ным и хрупким механизмом обладают измерительные
приборы. Эта хрупкость измерительных приборов, яв-
ляясь, с одной стороны, частой причиной порчи их, вызы-
вает, с другой стороны, большие затруднения при исправ-
502
лении поврежденных .приборов электротехниками-произ-
водственниками, не специалистами этого дела.
Работа по ремонту электроизмерительных приборов
бывает иногда очень кропотливой, и помимо навыка к
точным механическим работам и ясного представления
принципа действия ремонтируемого прибора, требует также
наличия специального инструмента. Сообразно с этим, далеко
не все неисправности приборов могут быть устранены своими
силами.
Описанные в дальнейшем различные ремонтные работы
можно разделить на три категории:
1. Работы, выполнение которых доступно всякому и не
требует специального оборудования. Обычные инструменты:
отвертка, пинцет, плоскогубцы и напильник предполагаются
в наличии.
2. Работы, требующие слесарных, точных механических
и лабораторных навыков, но без наличия специального
оборудования.
3. Работы, требующие слесарных, точных механических
и лабораторных навыков при наличии специального обо-
рудования. О размере этрго оборудования можно судить
по приводимому ниже примерному минимуму: 1) набор
часовых отверток; 2)^дрель или сверлильный станок для
мелких отверстий с набором сверл; 3) набор натфилей;
4) ручные тисочки; ’5) набор щипцов и пинцетов; 6) винто-
и гайкорезный инструмент; 7)‘ паяльный набор; 8) точный
токарный станок; 9) схема для обнаружения обрывов и
плохих контактов.
Кроме оборудования, для производства некоторых работ
иногда необходимо наличие запасных частей для приборов,
так как некоторые детали (пружинки, камни) могут быть
изготовлены только специальными мастерскими.
При громадном разнообразии типов современных элек-
трических измерительных приборов и непрестанном появ-
лении новых моделей нет никакой возможности дать полное
описание неисправностей во всех типах приборов. Поэтому
здесь мы делаем упор на приборы, наиболее у нас рас-
пространенные, в частности, на приборы, изготовляемые
в СССР.
УСТРАНЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ НЕИСПРАВНОСТЕЙ
§227. Устранение неисправностей кернов и опор. Подав-
ляющее большинство технических измерительных приборов
имеет подвижную часть, покоящуюся на опорах, обеспе-
чивающих ей возможность поворота на некоторый угол.
503
Специфичность опор измерительных приборов состоит в том,
что поддерживаемая ими подвижная часть, обладающая
весьма малым весом, должна вращаться с наименьшим
достижимым трением, так как здесь трение играет роль
большую, чем в каких-либо других точных механизмах.
По своему устройству опоры измерительных приборов
следует разделить на два типа: 1) опоры для осей с цап-
фами (рис. 366 а) и 2) опоры для осей с кернами (рис. 366 bY
Первый тип применяется для приборов с относительно
тяжелой подвижной частью (порядка 5 G и выше), для при-
боров индукционных и регистрирующих приборов разных
систем. Приборы с такими опорами встречаются сравни-
тельно редко.
Рис. 366. Опоры измерительных приборов.
Второй тип гораздо более распространен, так как поз-
воляет получить значительно меньшее трение.
1. Неисправности кернов могут быть следующие:
конец керна загрязнился или окислился, керн сломался или
смялся.
Во всех этих случаях требуется известная обработка керна.
Неисправность керна можно разглядеть, пользуясь сильной
лупой. Еще лучше для этой цели микроскоп с увеличе-
нием в 100—200 раз. Исправный керн показан на рис. 367
и обозначен буквой а. Буквы Ь, с и d на том же рисунке
обозначают соответственно сломанный, смятый и сработав-
шийся керн.
При сильных повреждениях керн следует заново зато-
чить, для чего его следует отделить от буксы или оси
(а если он составляет с осью одно целое — освободить ось
от всего на ней укрепленного) и, нагрев его, отпустить за-
калку.
Обточка производится на точном токарном станке острым
резцом, так называемым штихелем. При заточке следует
504
стараться получить идеальный конус с углом при вершине
около 60°; при этом нужно помнить, что радиус сферической
части, которой заканчивается конус, для обычных приборов
очень мал и колеблется в пределах от 0,02 до 0,06 mm.
Заточенный керн закаливается, а затем на том же то-
карном станке шлифуется мелкозернистым, так называемым,
масляным камнем, например, употребляемым часовщиками,
„арканзасом". При этой операции можно слегка закруглить
Рис. 367. Различные неисправности керна.
конец конуса, однако делать это следует весьма осторожно,
чтобы не затупить слишком сильно керн. Весьма удобным
для этой цели оказывается приспособление, изображенное
на рис. 368, состоящее из небольшого куска камня (аркан-
заса), укрепленного наконце достаточно мягкой бронзовой
пружины. Отшлифованный керн полируют на замше тон-
чайшей алмазной пылью, окисью алюминия (диамантин)
или мелким крокусом.
'Пружинка
Рис. 368. Приспособления для закругления конца
керна.
КатнЬ
Отшлифованный и отполированный керн следует обе-
регать от прикосновения руками. Слегка поврежденные
керны, а также и окислившиеся, могут быть исправлены
одной шлифовкой и полировкой. Таким образом, работа
по исправлению кернов требует и оборудования, и умения
и должна быть отнесена к упомянутой выше третьей ка-
тегории работ.
Состояние кернов очень сказывается на качестве при-
бора и тем в большей степени, чем слабее действующие
моменты в приборе. Качество стали здесь также играет
большую роль. Сталь не должна легко окисляться и обла-
506
дать достаточной твердостью, так как конец керна рабо-
тает с большой удельной нагрузкой. В изготовляемых у нас
приборах для этой цели применяется сталь-серебрянка.
2. Неисправности камней. В хороших приборах
в качестве камней применяют рубин, сапфир, вправленные
в соответствующую выточку на конце опорного винта.
В приборах среднего качества драгоценный камень заме-
няется полудрагоценным (агат), а в дешевых приборах ка-
мень иногда вовсе отсутствует, и опорой служит просто
углубление нужной формы в самом теле винта.
Для камней первого типа возможны следующие неисправ-
ности:
а) Загрязненность кратера, которая может быть обна-
ружена осмотром его при хорошем освещении через лупу
или микроскоп. Внутренняя поверхность кратера должна
быть равномерно блестящей.
Следует указать на особый вид загрязнения опор, воз-
никающий иногда после чрезмерного нагрева обмоток при-
бора. При сильном нагреве шеллак, которым обмотки при-
бора часто пропитываются, испаряется и пары его заполняют
внутри весь кожух прибора. Соприкасаясь с холодными
частями прибора, пары эти конденсируются и покры-
вают части налетом. Налет бывает особенно заметен на вну-
тренней поверхности защитного стекла прибора и на шкале.
Обычно он желто-коричневого цвета, липкий, с характер-
ным неприятным запахом. Наравне с другими частями при-
бора, покрываются налетом и рабочие поверхности камня
и керна. Удалять налет можно, промывая опорные винты
в спирте.
Для очистки кратера можно применять заостренную де-
ревянную палочку. Надо следить, чтобы в кратере не оста-
лись волокна от тряпочки или ватки после вытирания.
Загрязнения в кратерах, представляющих собою углубления
в теле бронзового винта, устраняются либо промыванием
спиртом, либо шлифовкбй деревянной палочкой с мелом.
б) Трещина в камне и шероховатости хорошо обнаружи-
ваются так: берут тонкую швейную иглу и водят острым
концом ее по поверхности гнезда. При -наличии дефектов
на поверхности камня пальцы чувствуют, как конец иглы
за что-то зацепляет. При всей своей простоте этот спо-
соб обнаруживает даже небольшие дефекты камня. Трес-
нувший камень следует заменить новым. Камни (агаты) изго-
товляет Петергофский гранильный завод.
Часто бывает возможно взять опорные винты с других*,
негодных по иным причинам приборов. Если имеется ка-
мень отдельно, то изготовив и нарезав опорный вин1т, вы-
506
сверливают у него с конца вдоль оси углубление такого диа-
метра, чтобы камень вошел в него возможно плотнее.
Сверловка производится на глубину несколько большую
высоты камня. Камень вставляется в высверленное углуб-
ление до упора, а выступающие кромки винта завальцовы-
ваются внутрь.
в) Неправильная форма кратера бывает заметна после
очень продолжительной работы прибора, а также при плохо
изготовленных камнях, имеющих слишком большой радиус
закругления (так называемые „плоские камни“), вызывающий
сильное заклинивание оси. В первом случае от продолжи-
тельного трения по одному месту (у приборов с горизон-
тальной осью) камень срабатывается, появляется местное
углубление, и поверхность трения возрастает. О форме
кратера можно судить по осторожно снятому восковому
оттиску, рассматривая его в лупу; устранить неправильную
форму можно лишь сменив опорный jBhht (или камень).
З.Несоответств ие кратера керну. Кратер правиль-
ной формы представляет собой усеченную коническую
поверхность, завершенную сферой. Радиус сферы порядка
0,15 — 0,3 mm и должен быть в 4—10 раз больше радиуса
закругления конца керна. Угол конуса должен быть по-
крайней мере на 30° больше угла заточки керна и лежит
обычно в пределах 9(Ги 12-0°. При несоблюдении этих соот-
ношений возможно' повышенное трение в опорах. Особенно
велико будет оно при малой‘разнице в радиусах сфер
кратера и керна. Слишком большой радиус сферы кратера
дает, как это мы уже отметили выше, плохой резуль-
тат, особенно при горизонтальных осях. При вертикаль-
ном же положении оси увеличивается погрешность от
опрокидывания (см. § 9). В этом случае, для устранения
неисправности, необходимо сменить опорный винт (или
камень).
4. Неправильная регулировка опорных вин-
тов. Это одна из частых причин несвободного хода под-
вижной части. При правильно отрегулированных опорах ось
должна лежать в них несколько свободно, с небольшим
„зазором" („люфт“). Наименьший, необходимый для лег-
кого хода зазор определяется на опыте. Для этого ослабляют
сперва верхний опорный винт насколько это возможно без
выпадения керна из кратера. Затем, постепенно затягивают
опорный винт, качая подвижную часть после каждого
повертывания винта на 1/8 оборота. Наблюдая за продол-
жительностью качания, определяют таким образом наиболь-
шую затяжку, допустимую для данного прибора, без ущерба
для легкости его хода.
507
При описанной работе следует остерегаться затягивать
опорные винты так, чтобы они оказывали на ось продоль-
ное давление, так как это губит и керны, и опорные камни.
Следует иметь в виду, что опоры электроизмерительных
приборов никогда ничем не смазываются. Исключение со-
ставляют лишь нижние опоры счетчиков (подпятники), сма-
зываемые при сборке.
Вот основные сведения, которые надо иметь для опреде-
ления качеств и для ремонта опор и кернов. Мы останови-
лись на этом вопросе несколько подробнее, вследствие
большого влияния кернов на качество измерительных при-
боров.
§ 228. Устранение неисправностей указательной си-
стемы. Под указательной системой мыв дальнейшем, будем
понимать стрелку с ее
Конць! «ГЧ. -- I креплением на оси, ее
противовесами и ш'калу
Стержни /\ ГП О прибора. Неисправности
а bed указательной системы мо-
гут быть следующие:
Рис. 369. Различные сечения стрелок. 1) стрелка погнулась;
2) стрелка сломалась;
3) стрелка или противовесы задевают за неподвижную
часть; 4) шкала прибора загрязнилась.
1. Изгиб стрелки в плоскости шкалы на практике
встречается очень часто. Вызывается он почти всегда
сильным ударом тока, кратковременной, но сильной пере-
грузкой. Порчей других частей прибора эта неисправность
может и не сопровождаться, но она почти неизбежно
вызывает потерю уравновешенности подвижной части.
Стрелки измерительных приборов изготовляются из
твердотянутого алюминия, дюралюминия и редко латуни.
Чтобы сделать стрелку более жесткой, ей придают попереч-
ное сечение одной из форм, указанных на рис. 369. Сечения
a, b и с встречаются у щитовых приборов, стрелки с сече-
нием d применяются в точных лабораторных приборах.
Легче всего поддается исправлению профиль а—стороны
уголка обжимаются плоскогубцами в тех местах, где стрелка
погнута. Сечения b и с можно выправлять, положив их
выпуклой стороной на металлическую (можно свинцовую)
пластину, у кото'рой пропилена или прострогана канавка
нужных размеров и соответствующего профиля. К таким
методам следует прибегать лишь тогда, когда стрелка очень
сильно помята и выправить ее хорошо руками невозможно.
Стрелку с профилем d выправлять труднее всего, осо-
бенно если она, согнувшись, еш,е и смялась. В последнем
508
случае ее необходимо отделить от подвижной части и осто«
рожно распрямить, пользуясь только руками.
2. Стрелка сломалась. Когда стрелка сломалась
у самого держателя стрелки, то возможно бывает ее исполь-
зовать, если она достаточно длинна.и имеет колено. Для
этого стрелку нужно отделить от держателя. Держится
стрелка на держателе обычно трением в особом* обжиме
держателя стрелки (рис. 370). Длд отделения стрелки
необходимо разогнуть лапки обжима держателя стрелки.
Вытащив из обжима отломавшийся кусок стрелки и вставив
оставшуюся часть, укрепляют ее в обжиме. После этого
изменением углов изгиба стрелки в колене на более тупые
можно добиться того, чтобы укорочение стрелки было
небольшим и не повлияло на удобство отсчета.
Рис. 370. Соединение стрелки с держателем.
Если стрелка сломалась в середине, то ее можно почи-
нить, подложив под место излома кусочек алюминиевой
проволоки или полоску фольги и скрепив *гакую накладку
со стрелкой густым шеллаком или легкими скрепами.
3. Задевание указательной системы. Если
стрелка прибора, будучи отведена рукой на некоторый
угол от положения своего свободного состояния, не возвра-
щается сама в свое первоначальное положение, то такое
явление мы будем называть несвободным вращением. Само
собой разумеется, что требование плавного возвращения
стрелки в свое первоначальное положение можно предъ-
являть только тогда, когда эти приборы находятся в нор-
мальном для них рабочем положении.
Здесь можно указать на следующие причины задевания:
а) стрелка своей нижней поверхностью задевает за шкалу;
б) стрелка своей верхней поверхностью задевает за стекло
или кожух прибора; в) противовесы задевают за механизм
прибора или за держатель пружины; устранение этих
509
неисправностей производится приданием правильного по-
ложения,. стрелке и противовесам относительно других
частей прибора.
Шероховатость шкалы, непараллельность ее поверхно-
сти по отношению к плоскости движения стрелки и, на-
конец, наличие зазора в опорах ставят предел чрезмерному
приближению стрелки к поверхности шкалы, который за-
висит от длины стрелки. В обычных технических приборах
расстояние между стрелкой и поверхностью шкалы состав-
ляет 1 —1,5 mm, но не должно быть более 0,02 Z-J— 1 mm,
где I — длина стрелки (ОСТ 5236).
Задевание противовесов устраняется простым отгибанием
их в нужную сторону, причем отгибание следует производить
лишь настолько, чтобы не происходило задевания, так как
с определенным положением противовесов связано положе-
ние центра тяжести всей подвижной части, и только верное
положение центра тяжести гарантирует правильность показа-
ний прибора. Если исправление стрелки или противовесов
все же отразилось на положении центра тяжести подвижной
части, что определяется потерей уравновешенности, прихо-
дится прибегать к хлопотливой операции уравновешивания
подвижной части.
Здесь же следует указать на особый вид задевания в ука-
зательной системе: задевание стрелки за ворсинки шкалы.
Шкала, изготовленная из любых сортов бумаги (кроме глян-
цевых), обладает поверхностью, покрытой тончайшими, почти
незаметными для глаза ворсинками. Эти ворсинки задевают за
стрелку при ее движении над шкалой и могут создать при
слабом противодействующем моменте прибора столь замет-
ное препятствие ее движению, что движение стрелки будет
явно несвободным. Последний вид задевания может озада-
чить неопытного человека, не подозревающего о наличии
таких незаметных глазу причин этой неисправности. Для
устранения задевания за шкалу ее следует осторожно опалить
на некоптящем пламени спиртовки или газовой горелки.
4. Загрязнение шкалы устраняется по-разному в за-
висимости от того, из какого материала изготовлена шкала
и ка^ов характер загрязнения.
Обычные бумажные шкалы, покрывшиеся пылью, очища-
ются мягкими резинками или белым хлебом. Влажное загря-
знение, особенно жирные пятна, практически неустранимо.
В этОхМ случае остается либо изготовить шкалу заново,
либо аккуратно заклеить загрязненное место. Последнее
возможно, конечно, лишь в том случае, когда загрязнение
не попало на ту часть шкалы, где расположены деления,
цифры и другие надписи.
510
Следует предупредить о необходимости соблюдать осо-
бую осторожность при обращении со шкалами некоторых
заграничных приборов. Эти шкалы печатаются часто чрез-
вычайно непрочной краской, смазывающейся и стираю-
щейся от самого легкого прикосновения сухой тряпочки
или щеточки. Порча такой шкалы может произойти еще
и потому, что деления, цифры и надписи иногда наносятся
не на бумаге, а на белой эмалированной поверхности метал-
лической шкалы, которая сама по себе очень прочна и соз-
дает превратное впечатление о „несмываемости шкалы".
§ 229. Устранение неисправностей пружинок и подводок.
Пружинки по назначению можно разделить на:
а) пружинки, создающие противодействующий момент
и в то же время токопроводящие;
б) пружинки, создающие противодействующий момент,
но не проводящие тока.
Пружинки типа „а" имеются у приборов магнитоэлек-
трических и электродинамических. Они изготовляются
обычно из фосфористой бронзы. При замене их следует
пользоваться пружинками, изготовляемыми в больших ко-
личествах заводом„Электроп|эибдр“. Надо иметь в виду, что
величиной, характеризующей* пружинку, является вращаю-
щий момент, который надо' развить, чтобы закрутить ее на
угол 90°. Момент выражается в миллиграммсантиметрах.
Чем тяжелее подвижная часть прибора, чем больше трение
в опорах, тем сильнее должны быть пружинки. Нормаль-
ная величина момента лежит в пределах 50—250mGcm.
Для чувствительных приборов большую роль играет также
электрическое сопротивление пружинки. Если пружинка
слаба — увеличить ее момент можно, укоротив ее на 1—2
витка. Добиваться строго определенного момента пружинки
нет надобности, надо лишь получить' близкую к нему ве-
личину. Нужного же отклонения прибора следует доби-
ваться Изменением электрических свойств прибора.
Подводки, не создающие противодействующего момента,
ставятся в приборах, измеряющих отношение токов (логб-
метры), а иногда в качестве одной из пружин магнитоэлек-
трического прибора. Основное их назначение подвести
ток к подвижной обмотке, поэтому они не должны обла-
дать противодействующим моментом. Такие безмоментные
подводки представляют собой мягкую серебряную, а ино-
гда золотую ленточку, обычно в виде одного оборота спи-
рали. При монтаже такой подводки сперва припаивается
конец к подвижной части, а затем — к неподвижной. Впа-
янная ленточка должна висеть свободно и не препятство-
вать повороту подвижной части.
511
Пружинки типа „6“ ставятся в электромагнитные и ин-
дукционные приборы. В этом случае, хотя электропровод-
ность пружинки и не играет никакой роли, тем не менее,
благодаря .наличию магнитных полей, пружинки также
изготовляются из фосфористой бронзы. Пружинка при-
паивается своими концами к держателям. В подавляющем
большинстве случаев держатель
внутреннего конца пружинки а
(рис. 371) укреплен на оси и явля-
ется подвижным, а держатель внеш-
него конца b неподвижен.
Во всех случаях следует сначала
освободить от пружинки держатель
внешнего конца ее, а затем уже
отделять внутренний конец пру-
жинки. Для последней операции
необходимо иногда освободить кер-
ны подвижной части от опор и вы-
нуть подвижную часть. Если конец
пружинки, как это бывает почти
Рис. 371. Крепление пру-
жинки.
всегда, припаян, — он отпаивается помощью чистого паяль-
ника, если же он укреплен защемлением—его следует обло-
мать по возможности ближе к месту защемления.
При креплении пружинки к держателям она припаивается.
К втулке же внутренний конец пружины прикрепляется
пайкой или защемлением; проще конец припаять. При очень
тонких пружинках и крошечных втулках карманных прибо-
ров припаивание является единственно возможным способ
бом крепления.
Пайка должна быть очень чистой, без малейших избыт-
ков олова. Лучше всего предварительно чисто облудить
спаиваемые поверхности, а потом, наложив их одна на дру-
гую, просто прогреть паяльником без добавления олова.
Пайку производят, разумеется, не пользуясь кислотой. Поль-
зование паяльной пастой тоже недопустимо/ Пользование
нашатырем допускается только в виде куска, причем в мо-
мент пайки паяльник не должен дымить.
Припаивание внешнего конца пружинки к держателю
не представляет трудности. Следует лишь обратить при
этом внимание на то, чтобы стрелка прибора стояла на нуле,
а корректор, если он имеется, — в своем среднем положении.
Заменять приходится пружинки либо порванные, либо сго-
ревшие, либо сильно помятые и спутанные. Если пружина
пострадала не столь сильно и притом не от перегрузки
током, то ее иногда можно и выправить.
Если мы внимательно рассмотрим смятую пружинку,
512
то обнаружим, что несмотря на путаный вид, она дефор-
мирована не по всей длине, а всего лишь в нескольких,
немногих местах. Деформации эти бывают только двух ро-
дов: Изгиб — большей частью в плоскости пружинки или
под небольшим углом к ней,. и скручивание. Чтобы увидеть
деформацию „в чистом виде", необходимо освободить внеш-
ний конец пружинки от закрепления. Лучше всего снять
всю пружинку с оси вместе с держателем или втулочкой
и поместить ее на игле соответствующей толщины, зажатой
в тисках. На рис. 372 показаны в отдельности два .случая
деформации. На рис. 372, b показана пружинка, погнутая
в одном месте, и отдельно место изгиба. На рис. 372, а — пру-
Рис. 372. Два случая деформации пружинок.
жинка, скрученная в одном месте, и отдельно место скру-
чивания. Часто бывает, что пружинка изогнута и скручена
одновременно в одном или нескольких местах. Следует
найти места, где пружинка деформирована, и запомнить их
или отметить тушью. Как видно из рис. 372, при чистом
скручивании пружинка в обе стороны от деформированного
места сохраняет вид правильной спирали; при?изгибе же
в одной части витки остаются равно удаленными друг от
друга, а в другой части витки сближаются между собой.
Эго помогает определить род деформации.
Если пружинка изогнута круче, чем следует, то место
изгиба сжимается более широкой частью пинцета (щипцов)
и пружинка в этом месте несколько выпрямляется. Если
пружинка слишком распрямлена или изогнута в обратную
сторону, то в таком случае сообщение ей надлежащего из-
гиба производится при помощи двух пинцетов.
33 Зак. 3924. — Электроизмерительная техника.
Исправление кручения может быть произведено или
простым зажатием деформированного места (так же, как
делается исправление крутого изгиба), или же с помощью
двух пинцетов. В последнем случае захватывают пинцетами
пружинку справа и слева от места скручивания и. вращают
их один навстречу другому, пока пружинка не примет пра-
вильной формы.
Часто пружинка лежит в приборе неправильно не по-
тому, что она смята, а потому что ее внешний конец непра-
Неправилъно • Правильно Неправильно
Рис. 373. Неправильное положение пружинки вслед-
ствие изгиба держателя
Неправильно
Рис. 374. Деформация пружинки вследствие неправиль-
ной пайки.
' Правильно
ЩЕЖ L LWIUIM
Осо
вильно припаян к держателю или потому, что погнут сам
держатель. На рис. 373 и 374 даны примеры такого непра-
вильного положения, там же показана пружина после вы-
правления.
Иногда угол поворота,стрелки, сообщенный ей благодаря
повороту корректора, оказывается недостаточным для уста-
новки стрелки на нуль; в этом случае можно рекомендовать
следующие меры.
а) Повернуть держатель у так называемого „двойного
корректора" (если таковой имеется) в нужное положение,
чтобы винт корректора, при закрытии прибора, смог 'бы
поставить стрелку на нуль.
514
б) Повернуть в ту же сторону держатель второй пру-
жинки, если она имеется и если второй держатель подви-
жен.
в) Перепаять пружинки у держателя. Для этого внешний
конец пружинки отпаивают от держателя, стрелку ставят
на нуль, а держатель в среднее положение и затем снов?
припаивают пружинку к держателю.
Остается рассмотреть еще одну, неисправность пружи-
нок, а именно остаточную деформацию. В этом случае
стрелка несколько не доходит до нуля, после выключения
прибора. Устранить эту неисправность можно следующим
образом. В случае остаточной деформации, по причине
плохой пайки концов пружинки (отжиг), последнюю следует
осторожно перепаять. Если же в этом виноват материал
пружинки, то следует переменить ее.
§ 230. Уравновешивание подвижной части. Уравнове-
шиванием подвижной части называют работу по переме-
щению центра тяжести подвижной части в нужное положе-
ние.
Приступая к уравновешиванию, следует прежде всего
уметь определять, где в данный момент находится центр
тяжести. Поступают следующим образом:
а) Прибор кладут так', чтобы ось его была вертикальна,
и стрелку ставят корректором точно, на нуль.
б) Ставят прибор на, ребро, ’ чтобы ось его стала гори-
зонтально, и вращают его вокруг оси. При этом стрелка
будет менять свое положение на шкале, но при некотором
положении прибора она точно и устойчиво станет на нуль.
Это значит, что в данном положении центр тяжести лежит
ниже оси по отвесной линии, проходящей через ось. Запо-
минают направление этой линии и ее угол относительно
стрелки (а не корпуса). Она дает направление, в котором
лежит центр тяжести.
в) Затем поворачивают корпус прибора вокруг оси на 90°.
При этом стрелка прибора несколько уйдет с нуля. Вели-
чина этого отхода при малых углах отклонения стрелки
прямо пропорциональна расстоянию центра тяжести от оси.
Зная приблизительное положение центра тяжести, нетрудно
сообразить, как надо передвигать*противовесы, чтобы пере-
вести его к оси вращения. После каждой операции с про-
тивовесами достигнутый результат проверяется описанным
выше методом.
Если противовесы закреплены шеллаком и не вращаются,
не следует применять больших усилий, потому что при
этом очень легко можно затупить керны. В этом случае
следует применить предварительное подогревание противо-
33* 515
весов, прикладывая к ним нагретую металлическую пла-
стинку.
Все передвижения противовесов рекомендуется произво-
дить, крепко зажав стержень с противовесом вблизи оси
пинцетом. Пинцет при этом следует держать так, чтобы он,
Нажимая стержень, упирался своими концами в какую-либо
неподвижную деталь. В этом случае усилия, прилагаемые
к противовесу, не передаются опорам подвижной части.
§ 231. Устранение задевания в подвижной части. Заде-
вание в подвижной части можно разделить на:
а) задевание в измеряющем механизме;
б) задевание в успокоителе.
а) Задевание в механизме может быть вследствие
следующих трех причин: 1) в механизм попал посторонний
предмет; 2) перекос подвижной части механизма; 3) дефор-
мация ее.
Если причиной несвободного движения было посторон-
нее тело, попавшее в механизм, то при внимательном осмо-
тре механизма это тело может быть без особого труда
обнаружено и удалено. Особенно подвержены такого рода
неисправностям приборы магнитоэлектрические. Наличие
сильного постоянного магнита в них служит частой причи-
ной попадания в механизм различных мелких частиц железа
и никеля. Эти частицы попадают в воздушный зазор магнита,
и здесь, благодаря его узости, очень легко могут образовать
препятствия к свободному движению рамки. Железные
опилки, попав в узкие воздушные зазоры, прилипают там
так крепко, что для того, чтобы удалить их оттуда, тре-
буется много труда. Возможны наконец случаи, когда в этих
приборах железные частицы не стесняют свободного дви-
жения подвижной части, но уменьшают чувствительность
прибора, шунтируя его магнитное поле.
Перекос подвижной части возможен в том случае, когда
вследствие особенностей конструкции, опоры прибора могут
несколько передвигаться в некоторой плоскости. Правиль-
ное положение опор находится опытным путем и закре-
пляется.
Некоторые трудности представляет устранение переко-
сов в приборах, имеющих подвижную обмотку в узкОлМ
воздушном зазоре, в особенности в тех случаях, когда по-
движностью не обладает ни одна из опор. В некоторых
магнитоэлектрических приборах подвижными делают и опоры
и даже железный сердечник.
Подвижность верхней опоры достигается тем, что часть
прибора, несущая ее, так называемый мостик, прикреп-
ляется к корпусу прибора двумя винтами, причем отверстия,
516
сквозь которые* проходят эти винты, делаются больше, чем
этого требует толщина винта и, следовательно, эта часть
прибора обладает некоторой свободой движения в плоско-
сти, перпендикулярной к оси винта. Подтягивая широкую
шляпку крепящих винтов, мы можем закрепить эту часть
в любом нужном положении. Следует предупредить, что
работы по устранению" задеваний в механизме и в успокои-
теле вообще и задеваний от переносов в частности тре-
буют большой аккуратности и, в особенности, терпения.
Случаи деформации подвижной части, встречающиеся
в магнитоэлектрических приборах — помятие рамки; в элек-
тродинамических— помятие подвижной катушки; в индук-
ционных— изгиб алюминиевых дисков; в электростатиче-
ских— изгиб втягивающихся алюминиевых секторов.
Исправление пластин у электростатических приборов
никаких указаний не требует. В- исправном положении по-
движной сектор (или секто-
ры), входящий между двух
неподвижных, должен быть
от них равно удален. У при-
боров, имеющих подвижную
рамку, последняя может-де-
формироваться самым раз-
личным образом. На рис. 375
показаны две наиболее’ча-
сто встречающиеся дефор-
мации (в утрированном ви-
де). Первая происходит от
Рис. 375. Различные виды деформа-
ции рамки.
чрезмерного затягивания
опорных винтов, а вторая от
одностороннего надавлива-
ния на рамку.
Деформация подобных типов обычно не сопровождается
повреждениями обмотки на рамке, а поэтому для исправле-
ния помятой таким образом рамки не нужно ее разматывать.
Выпрямляют ее без помощи инструментов — руками, прове-
ряя лишь прямолинейность сторон линейкой. Более серьез-
ным следует считать искривления в направлении, перпенди-
кулярном к плоскости рамки. Так как в этом последнем
случае обычно страдает сама обмотка, покрывающая рамку,
а выпрямление требует применения больших усилий, то
обмотку лучше всего удалить и по выпрямлении рамки
снова ее намотать. Выпрямлять рамку можно при помощи
оправки из дерева и цилийдрического железного сердеч-
ника (рис. 376).
Рамки без каркаса, состоящие из одной обмотки, в слу-
517
чае деформации, не сопровождающейся повреждением об-
мотки, выпрямляются просто руками. В случае повреждения
обмотку рамки перематывают.
Выпрямление плоских дисков труднее. Даже если они
сильно помяты, ни в коем случае не следует выправлять их
на жестких плитах ударами металлического молотка. Такие
приемы выправления приводят к весьма печальным резуль-
татам. Доска для выправления должна быть: а) совершенно
правильной, б)сделанной из дерева твердой породы и в) та-
кого размера, чтобы диск на ней помещался целиком. Если
‘ диск нельзя снять с его
оси, то в доске должно
быть сделано соответ-
ствующее отверстие
для нее. Ударять по ле-
жащему на правильной
доске диску можно
лишь киянкой—дере-
вянным молотком. Ра-
бота эта очень кропот-
.ливая и требует боль-
шого терпения, поэтому
никаких указаний как
просто и хорошо вы-
править помятый диск
дать нельзя.
Рис. 376. Приспособление для выпрямления б) Задевание в
рамки. успокоителе.* Раз-
личают два рода успо-
коителей—воздушные и магнитные; и в тех и в дру-
гих задевание возможно: 1) от попавших в успокоитель
посторонних частиц и 2) от искривления подвижной части.
Посторонними предметами, попадающими в успокоители,
являются обычно пыль в воздушных успокоителях и же-
лезные опилки в магнитных. Удаление пыли производится
весьма просто—выдуванием или обтиранием ваткой предва-
рительно разобранного успокоителя. Удаление железных
опилок в успокоителях с постоянными магнитами произво-
дится лучше всего с помощью тряпочки. Устранение задева-
ния, вследствие неправильного положения подвижной части
успокоителя, производится теми же методами, что и при
задевании в механизмах. При крыльчатых воздушных успо-
коителях устранение задеваний производится проще, чем
при успокоителях с поршеньком. В последнем случае нужно
следить, чтобы дно поршня и ось прибора были строго
в одной плоскости. Облегчение в работе по исправлению
518
представляет отнятие дна цилиндра, держащегося, обычно,
легкой спайкой. При магнитном успокоителе задевание
диска в воздушном зазоре может происходить (кроме ука-
занных ранее причин) также от неправильного положения
постоянного магнита. Подкладывая под магнит различные
шайбы или вращая специально для этого устроенные регу-
лирующие винты, можно ^поставить магнит так, что задева-
ние диска прекратится.
УСТРАНЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НЕИСПРАВНОСТЕЙ
§ 232. Устранение обрывов. Обрыв в цепи электроиз-
мерительного прибора может быть в катушке с активной
обмоткой (т. е. обмоткой, создающей магнитное поле),
в добавочном сопротивлении в шунте, в пружинках, в со-
единительных проводниках и т. и.
а) Для устранения обрыва в катушке с актив-
ной обмоткой поступают следующим образом.
Осторожно разобрав прибор, вынимают катушку и вни-
мательно осматривают доступные места. Если обмотка очень
тонкая, можно воспользоваться лупой. Следует обратить
особое внимание на концы обмотки и на места, где есть
крутые перегибы провода или повреждение изоляции, а так-
же \на контакт между держателем пружинки и концом об-
мотки рамки. Эти контакты часто являются больным местом
магнитоэлектрических и электродинамических приборов,
особенно при алюминиевой обмотке на рамке.
В подозрительных местах обмотка осторожно частично
снимается та’ким образом, чтобы не повредить сильно изо-
ляции. При тонкой обмотке, когда удалось обнаружить
оборванные концы, приступают к соединению их, помня
следующее: в подвижных рамках сросток должен нахо-
диться -на неактивной стороне рамки. Обычно концы обрыва
бывают настолько коротки, что их нельзя наложить друг
на друга. Тогда надо попытаться снять один виток прово-
локи так, чтобы оставшиеся длинные концы позволили сво-
бодно сделать спайку (обязательно оловом) на неактивной
части рамки. При этом предполагается, что проволока была
размотана одновременно в двух направлениях, за оба конца,
чтобы перенести сросток в нужное место.
В случае, если катушка сильно прошеллачена, витки ее
слиплись весьма прочно и снять виток с катушки невоз-
можно, то поступают так: концы обрыва очищают от изо-
ляции и затем спаивают. Делать это при тонкой обмотке
следует весьма осторожно: если конец обломается в корне—
придется перематывать всю катушку. Лучше всего, слегка
519
отогнув концы кверху, предварительно осторожно их об-
лудить.
От кратковременного прикосновения паяльника изоляция
хорошо прошеллаченной катушки не портится. Изолировать
такие спайки, а также и места с поврежденной изоляцией,
лучше всего наложением одного слоя прошеллаченной па-
пиросной бумаги.
Если концы обрыва обнаружить не удается или почему-
либо нельзя произвести сросток, то катушку перематывают.
Разматывая старую рамку, надо сосчитать, сколько витков
проволоки в ней лежало. Затем следует с помощью микро-
метра определить диаметр меди проволоки и ее полный
диаметр вместе с изоляцией. Для обмотки подвижных ра-
мок в вольтметрах и миллиамперметрах применяется обычно
провод с весьма тонкой эмалевой или эмалево шелковой
изоляцией.
Стальные полуоси, на которых вращаются рамки, могут
быть скреплены с рамкой металлически (рис. 377,а) или на--
Рис. 377. Крепление полуоси с рамкой.
клеиваться на рамку (рис. 377, Ь). Если оси наклеены, то до-
статочно небольшого усилия, чтобы отделить их вместе
с буксами и сидящими на них пружинками. Если же оси не
наклеены, то снимаются только пружинки, укрепленные на
втулочках (одна из них или обе делаются из -изолирующего
материала, например из кости), посаженных на оси и сни-
мающихся с них обычно без особого труда. Сняв с рамки
все лишнее, ее плотно надевают на точно обструганный по
ее внутренним размерам деревянный брусок-оправку, ко-
торую укрепляют, в свою очередь, на -мотальном станке
самого простого устройства (рис. 378,а). ,
Отступя сантиметров на пять от конца, закрепляют на-
чало обмотки на одном из шурупов, специально для этого
ввернутых в брусок, и наматывают обмотку рамки, заботясь
о том, чтобы витки плотно прилегали друг к другу. Так
как стороны рамки выгнуты по цилиндрической поверхно-
520
сти, то при намотке второй половины рамки провод будет
соскальзывать к краю. В этом случае, намотав половину
рамки, переводят провод сразу к другому краю и мютают
от края к середине, как показано на рис. 378, Ь.
Если по какой-либо причине не удается уложить на
рамке точно такое же число витков, какое было раньше, но
разница невелика, этим смущаться не следует. После столь,
основательного ремонта, как перемотка подвижной рамки
(или даже неподвижной активной обмотки у электромагнит-
ных приборов), прибор все равно придется сверять с образ-
цовым прибором и градуировать. Следует лишь помнить,
Рис. 378. Приспособление для намотки рамки.
что чем больше новая обмотка походит на старую и числом
витков и сечением проволоки, тем меньше будет разница в по-
казаниях, тем проще будет исправление показаний прибора.
Когда рамка намотана, другой конец проволоки закреп-
ляется на- втором шурупе, и рамку прошеллачивают не
снимая с бруска. Если обмотка рамки из тонкой проволоки,
то перед шеллачением следует испытать ее на проводимость
и на соединение с телом рамки.
При изготовлении рамки без каркаса оправка должна быть
сделана из латуни и изготовлена особенно тщательно и по раз-
мерам и по чистоте поверхности. Такие рамки обычно про-
питывают не шеллаком, от которого они со временем коро-
бятся, а различными цементирующими легкими составами
вроде жидкого бакелита или раствора целлулоида на ацетоне.
Когда рамка высохнет, к ней укрепляют пружинодер-
жатели, а затем припаивают к последним, концы обмотки.
Буксы приклеиваются к рамке шеллаком. Высыхание
шеллака можно значительно ускорить, приложив к буксе
521
чистый горячий паяльник и выждав некоторое время, пока
перестанут выделяться пузырьки.
б) Добавочное сопротивление обычно бы-
вает намотано или на катушки, или на пластины (слюдя-
ные или гэтинаксовые). Последнее расположение прово-
локи весьма благоприятно для отыскания повреждений.
Прежде всего, как правило, следует обратить внимание
на начало и конец обмотки сопротивления. Места спайки
более толстых медных проводов с более тонкими выводами
часто бывают местами разрыва. Многие сплавы, являющиеся
материалом для сопротивлений, становятся весьма хруп-
кими и легко ломаются после спайки. Если повреждений
не оказывается, отдельные секции добавочных сопротивле-
ний испытывают на проводимость. Секция, не проводящая
тока, тщательно осматривается, и если точно установить
место повреждения не удается, то перематывается.
В добавочных сопротивлениях, монтированных на пла-
стинах и рамках, повреждения обнаруживаются легко.
Устранение их также не представляет никаких особых труд-
ностей. Если добавочное сопротивление намотано на катушки
и если после внимательного осмотра концов выяснилось, что
обрыв произошел внутри катушки, приступают к перемотке
добавочных сопротивлений с испытанием их по частям.
Путем целого ряда последовательных делений можно
найти место повреждения. При перематывании, разумеется,
надо внимательно следить за проводом, так как чем раньше
удается глазом определить место обрыва, тем меньше бу-
дет затрачено труда и времени и тем целее будет изоляция.
Некоторые сорта проволочных сопротивлений бывают
весьма хрупки. Перемотка их требует особой осторожности.
Следует избегать всяких резких перегибов. Проволоку, уже
исправленную и намотанную на катушку, прежде чем укре-
плять в приборе, следует снова проверить на проводимость,
так как при окончательной, намотке где-нибудь мог про-
изойти обрыв проводника.
При необходимости изготовить новое добавочное со-
противление его мотают либо *из изолированной мангани-
новой проволоки на деревянные катушки (для приборов
магнитоэлектрических), либо на пластины из гэтинакса,
миканита и т. п. (для приборов тепловых, электродинами-
ческих и электромагнитных). Отдельное сопротивление такой
конструкции, легкое для изготовления, показано на рис. 379.
Рассчитывают добавочное сопротивление для вольт-
метра по формуле, приведенной нами ранее (см. § 84):
Г = (/г-1),
522
где г —величина добавочного сопротивления,
г„— сопротивление подвижной части прибора,
п — число, показывающее, во сколько раз предел изме-
рений прибора больше падения напряжения на
подвижной катушке.
Когда добавочное сопротивление в виде пластин поме-
щено в вентилируемом кожухе, то потребление мощности
каждой пластины может быть допущено в 3—4 W без вред-
ного перегрева, если покры-
тая проводом поверхность
пластин не менее 80 ст2.
Добавочные сопротивления
для приборов магнитоэлек-
трических, как потребляю-
щие ничтожные мощности,
могут наматываться из изо-
лированной проволоки на
деревянные катушки. Такие
сопротивления чрезвычайно
компактны и помещаются
обычно в кожухе прибора.
Потребление мощности в
одной катушке обычных раз-
меров (диаметр 15 — 20 mm,
высота 30 — 40 mm) должно
напряжения в одной катушк
изоляции, — не более 1бо V.
Рис. 379. Добавочное сопротивление
па пластинах.
быть- не более 1 W, а падение
;, из соображений надежности
в) О б р ы в в шунте может произойти по механиче-
ским причинам, вследствие электрической перегрузки.
И в том и- в другом случае приходится ставить новый
шунт, который рассчитывается по формуле, приведенной
нами ранее (см. § 80):
г =
s п — 1
где rs — сопротивление шунта,
га—сопротивление прибора,
п—коэфициент шунтирования.
г) Обрыв в пружинках явление сравнительно ред-
кое, причинами которого являются, обычно, электрическая
перегрузка или плохая пайка.
Устранение обрыва в цепи прибора, вследствие плохой
пайки пружинки, не представляет трудностей. В случае пол-
ной порчи пружинки, необходимо ее сменить. Обрыв без-
моментной подводки в некоторых приборах (например,
логометры) явление более частое, так как подводка в этом
523
случае чрезвычайно тонка, а потому является непрочйой
и в механическом и в электрическом отношениях.
Замена такой подводки довольно кропотливая работа,
требующая особого навыка к тонким механическим работам.
д) Обрыв может быть также в соединительных
проводах, особенно в местах соединения этих проводов
с различными частями схемы. ' Обрыв обнаружить легче
всего электрическим путем, применяя гальванометр, как
это описывалось в § 224. После выяснения места обрыва,
проводник с обрывом удаляют, заменяя его новым.
§ 233. Устранение коротких замыканий. Причинами ко-
ротких замыканий являются механические неисправности
или электрическая перегрузка прибора, которая влечет за
собой порчу изоляции.
Короткое замыкание в различных случаях приводит
к различным результатам. Так, например, короткое замы-
кание обоих зажимов прибора на корпус служит причиной
отсутствия отклонения стрелки прибора. Шунтирование
пружинками подвижной катушки, вследствие короткого
замыкания пружинок с неподвижными частями прибора,
приводит к аналогичному результату.
В первом случае для устранения короткого замыкания
необходимо тщательно изолировать зажимы от корпуса.
Во втором случае необходимо исправить пружинки меха-
ническим путем, так как при правильном их положении
они не будут касаться неподвижных частей прибора, кроме
держателей, к которым они припаяны. Что касается по-
следних, то их или по крайней мере один из них, в свою
очередь, необходимо изолировать от металлических частей
прибора. Короткое замыкание в добавочном сопротивлении
является самым неприятным, так как может вызвать эле-
ктрическую перегрузку прибора. Короткое замыкание в до-
бавочном сопротивлении бывает чаще всего:
а) в сопротивлениях, состоящих из' изолированной
проволоки, намотанной на катушку (внутри прибора), от
сгорания и обугливания изоляции:
б) в сопротивлениях на пластинах типа рис. 279 от об-
рыва обмотки с развертыванием концов или от небреж-
ности монтажа.
Для устранения неисправности сопротивления на катуш-
ках' требуется перемотка их. Сопротивления на пластинках,
легко доступные осмотру, исправляются очень просто и
особых указаний не' требуют.
При механических повреждениях изоляции следует вни-
мательно осмотреть витки, нельзя ли устранить соединение
не перематывая всего сопротивления, а удалив с него лишь
524
несколько поврежденных витков. В случае же повреждения
изоляции в результате перегрева следует помнить, что не-
обугленная изоляция все же обладает сносными изолирую-
щими качествами и главным ее недостатком является хруп-
кость. Замыкание в сопротивлении происходит именно в тех
местах, где повреждена изоляция. Часто можно помочь де-
лу, основательно пропитав такое сопротивление шеллаком.
При этом шеллак не только укрепляет хрупкую изоля-
цию, но и может проникнуть между голой проволокой
в месте замыкания и устранить его. Для этого полезно,
погрузив сопротивление, намотанное на пластину, в шеллак,
несколько погнуть ее там в разные стороны. О достигну-
тых этой операцией результатах можно судить только по
высыхании шеллака, так как невысохший шеллак является
полупроводником.
§ 234. Устранение переменного контакта в схеме. В зави-
симости от местоположения в схеме и от качеств самого
контакта, изменение показаний прибора может быть от
едва заметной на глаз величины до величины полного от-
клонения по шкале. Сопротивление такого переменного
контакта обычно изменяется при легком постукивании по
прибору, хотя не являются исключением случаи, когда
сопротивление контакта меняется все время совершенно
самопроизвольно. В этом случае стрелка прибора совершает
незакономерные колебания или- броски даже тогда, когда
•прибор находится в покое.
Находить непостоянный контакт лучше всего под током,
дотрагиваясь до различных частей схемы прибора, и наблю-
дая за положением стрелки. Прикосновение к непостоянному
контакту обнаруживается резкими колебаниями стрелки.
Наиболее часто встречаются непостоянные контакты
в местах спаек и в местах соединений цепи путем поджи-
мания проводников схемы под винты.
Устранение непостоянного -контакта производится сле-
дующим образом. Если этот непостоянный контакт обу-
словлен надломом проводника, лучше всесо его сменить
или сделать в этом месте пайку. Если плохой контакт об-
наруживается в месте спайки, то необходимо перепаять это
место. Наконец, в случае плохого контакта в местах соеди-
нений при поджимании проводников схемы под винты, не-
обходимо плотнее поджать винты, используя в некоторых
случаях шайбы.
Несколько особняком стоит вопрос об устранении пере-
менного контакта во всевозможного рода переключателях.
При наличии такой неисправности, переключатель разби-
рается, все внутренние части тщательно прочищаются и,
525
в случае необходимости, контактные части шлифуются,
после чего переключатель снова устанавливается, и прибор
вторично проверяется на устойчивость показаний.
§ 235. Устранение утечки через изоляцию. Утечка че-
рез изоляцию объясняется недостаточными ее изолирующими
свойствами. Эти изолирующие свойства могут значительно
меняться и в некоторых случаях, при особо неблагоприятных
условиях (сырость), вызывать сильные помехи при измерениях.
Конечно, действие утечки не всегда заметно, особенно
на грубых приборах, но иногда изоляция портится настолько
значительно, что начинает влиять на точность измерения.
Особенно неприятна утечка через изоляцию при работе
с гальванометрами высокой чувствительности. В этом слу-
чае показания гальванометра становятся непостоянными и
ненадежными, так как утечка весьма часто меняется. По-
этому появляется настоятельная необходимость устранить
утечку через изоляцию.
Все сомнительные места, которые могут служить ме-
стом утечки, тщательно протираются сухой тряпочкой, от-
дельные проводники удаляются друг от друга. В случае
влажности изоляции, последняя высушивается. В некоторых,
особых случаях, при появлении утечки через изоляцию на
землю, требуется дополнительная изоляция установки от
пола, что достигается применением различного рода изоли-
рующих прокладок.
Большую роль играет утечка также в электростатиче-
ских приборах. Как было указано ранее, для расширения
пределов электростатических вольтметров последовательно
с ними, а иногда, кроме того, и параллельно им, вклю-
чаются, так называемые, добавочные или шунтирующие кон-
денсаторы. Напряжения между прибором и включенным
последовательно с ним добавочным конденсатором распре-
деляются прямо-пропорционально их полному сопротивле-
нию. При наличии плохой изоляции ее сопротивление ста-
новится соизмеримыхм с величиной Теоретический
расчет при этом нарушается, и прибор дает неверные по-
казания в ту или другую сторону в зависимости от того,
в каком месте изоляция нарушилась сильнее.
Для обнаружения неисправных конденсаторов следует
измерить сопротивление изоляции одним из методов, ука-
занных в § 113. При этом можно считать, что сопротивле-
ние изоляции исправного конденсатора должно быть не
Ю12 / . П Г7
менее (ом), где С — емкость конденсатора в uuF.
ГЛАВА XXII
МОНТАЖ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
§ 236. Общие требования при установке измерительных
приборов. Электроизмерительные приборы являются орга-
нами контроля работы электрическйх установок, позволяю-
щими обслуживающему персоналу судить о режиме работы
установки, правильно управлять ею и своевременно реаги-
ровать на возникающие ненормальности. Поэтому целесо-
образное использование электроизмерительных приборов
является непременным условием рентабельной эксплоатации
электрической установки. Выбор и установка приборов тре-
буют очень серьезного и вдумчивого к себе отношения.
Важнейшие требования при установке электроизмеритель-
ных приборов сводятся к следующему:
а) Выбранные приборы должны удовлетворять задаче
измерений в обсл5'живаемой части установки по роду тока,
по пределу измерения* по технически обоснованному тре-
бованию точности измерения, по соответствию условиям
нормального и аварийного режимов работы установки, по
степени защищенности измеряющего механизма от разру-
шительного действия окружающей среды и по условиям
удобства отсчета.
б) Приборы должны быть надлежащего качества и
в исправности.
в) Приборы должны быть надежно закреплены и распо-
ложены удобно для отсчета.
г) Приборы должны быть правильно включены.
д) Приборы должны действовать не только в условиях
нормального режима, но также и после его прекращения,
а в отдельных случаях — допускать отсчет и во время ава-
рийного режима. С этой целью, если измеряющий механизм
не приспособлен для особо аварийных условий, требуется
применение специальной защиты.
§ 237. Установка показывающих приборов. После рас-
паковки электроизмерительные приборы должны быть вы-
терты сухой мягкой тряпкой и подвергнуты внешнему
осмотру. Пломбы на корпусах приборов не должны быть
повреждены. Корпус не должен иметь вмятин или царапин.
527
Стекло должно быть без трещин и неподвижно укреплено,
в кожухе. При покачивании прибора стрелка должна слегка
колебаться, обнаруживая этим отсутствие затирания в опо-
рах. К прибору должны быть приложены токоведущие и
Рис. 380. Монтаж приборов
для синхронизации на от-
дельной колонке.
крепежные стержни по числу соот-
ветствующих резьбовых отверстий
в токоведущей арматуре и цоколе
прибора.
В особенно ответственных слу-
чаях рекомендуется, до монтажа,
подвергнуть прибор поверке, чтобы
при испытании установки в целом
обнаруженные ненормальности мог-
ли быть отнесены исключительно
за счет дефектов наружной схемы.
Следует проверить правильность
обозначений полярности или фаз,
а также точность прибора. Те при-
боры,которые обнаружили при ис-
пытании наиболее высокую точ-
ность, целесообразно применять в
наиболее ответственных местах.
Если при осмотре или проверке,
прибора будут обнаружены неис-
правности, прибор должен быть
отправлен для ремонта.
Приступая к установке прибо-
ров, следует расположить их так,
чтобы обеспечить максимальные
удобства отсчета по тем приборам,
показания которых снимаются наи-
более часто. И, наоборот, приборы,
предназначенные для очень редких
отсчетов, должны быть по возмож-
ности удалены со щита, чтобы на-
прасно не отвлекать внимания об-
служивающего персонала. Поэтому,
например, рекомендуются приборы,
применяемые только во время пу-
ска и синхронизации машин, вы-
носить на отдельные колонки (рис. 380) или специальные
поворотные панели.
Счетчики обычно устанавливаются в нижней части Щита
или позади щита.
Шкала прибора должна быть хорошо освещена, но так,
чтобы стекло не блестело, затрудняя отсчет показаний.
528
Рис. 381. Выступа-
ющий монтаж из-
мерительного при-
бора.
При размещении приборов необходимо считаться с влия -
нием на показания прибора внешних магнитных полей, со-
здаваемых токами в шинах. Кроме того, токи короткого
замыкания в отдельных случаях могут образовать поле,
способное испортить прибор. Для предотвращения этих
явлений следует удалить прибор на безопасное расстояние
от шин или кабелей, несущих сильные токи. Необходимое
расстояние для приборов с железным ко-
жухом может быть рассчитано по фор-
муле:
£ =__/_
1000 ’
где L — расстояние от прибора до прямо-
линейного проводника с током
в метрах,
I—сила тока в проводнике в амперах.
Для приборов, у которых кожух не
железный, в знаменатель приведенной
формулы следует поставить цифру 666
вместо 1000.
Приведенная формула верна лишь для
одиночного провода. Для случая двух
проводов или шин, по которым идут токи
в противоположных направлениях, следует учесть обрат-
ное поле второго провода.
Показывающие электроизмерительные приборы монти-
руются обычно на распределительных щитах или специаль-
ных колонках. Материалом щитовых панелей почти всегда
'служит листовая сталь, толщиной 3 mm, реже — мрамор,
(•этинакс, шифер или дерево, при толщине от 20 до
35 mm.
В соответствии с заданной схемой производится раз-
метка панелей и сверловка отверстия. Для этой цели очень
удобно пользоваться ручной электрической дрелью.
По способу установки различают выступающий мон-
таж (рис. 381 и 382) и утопленный монтаж (рис. 383
и 384). Тот и другой монтаж осуществляется просто и
удобно, если прибор имеет специально приспособленный
корпус.
Но приходится иногда приборы выступающего типа
монтировать, как утопленные. В этих случаях укрепляют
цоколь прибора на специальных шпильках, устанавливае-
мых позади щита, а зазор между кожухом прибора и краями
34 Зак. 3924. — Электроизмерительная техника. 629
Рис. 382. Выступающий монтаж щитового
прибора завода «Электроприбор".
отверстия, проде-
ланного в панели,
закрывают фрон-
тальным кольцом
(рис. 385) или рам-
кой.
При выступаю-
щем монтаже, в па-
нели приходится
просверливать от-
верстия только для
крепежных и токо-
ведущих стержней.
Отверстия для • то-
коведущих стерж-
ней в стальных па-
нелях необходимо
просверливать или
распиливать таких
размеров, чтобы рас-
стояние от стерж-
ней до краев отвер-
стия было не менее
4 тт. При уста-
новке приборов на
стальных панелях,
рекомендуется при-
лагаемые к прибору
длинные крепежные
шпильки либо заменить короткими, либо укоротить в со-
ответствии с толщиной
Если расположение
крепежных отверстий
не согласовано с рас-
положением стержне й
прибора, так что при
установке прибора
стержни туго входят
в отверстия панели,
последние необходи-
мо расширить и обес-
печитьсовершенно сво-
бодный проход стерж-
ней.
В противном слу-
чае, так же как и при
панели.
Рис. 383. Утопленный монтаж измеритель-
ных приборов.
530
неумеренной затяжке крепежных гаек, возможны дефор-
мации цоколя прибора, которые обычно вызывают значи-
тельные погрешности в показаниях бывшего совершенно
Рис. 384. Утопленный монтаж прибора.
исправным прибора, а иногда приводят даже к порче изме-
ряющего механизма.
При утопленном монтаже приборы, со специально при-
способленным корпусом, имеют фронтальный фланец, пред-
назначенный для прикрепления прибора к щиту (рис. 386'
и закрывающий зазор между корпусом
прибора и краями отверстия в панели.
В этом случае, кроме отверстий для про- я
хода крепежных шпилек, приходится в па- (L— .
нели проделывать большое отверстие для А /у
погружения в него утопленной части кор-
пуса прибора. Изготовляется это отвер-
стие, обычно, путем сверловки ряда не- Рис.385. Фронталь-
больших отверстий, расположенных по ное кольцо
контуру требуемого окна на расстоянии
нескольких миллиметров одно от другого. Затем перемычки
между отверстиями пропиливаются или прорубаются и
заключенная внутри очерченного контура часть панели уда-
ляется. После этого следует сравнять зазубренные края
полученного в панели окна.
Для утопленного монтажа особенно удобны приборы
в прямоугольных корпусах утопленного типа. При монтаже
34* 531
большого количества таких приборов на панели пришлось
бы проделать много прямоугольных отверстий, превращаю-
щих панель в решетку.
Рис. 386. Утопленный монтаж на фронтальном фланце.
Поэтому, в подобных случаях, целесообразно вообще
отказаться от панели в виде листа, а заменить ее перепле-
том из полосовой стали.
Рис. 387. Утопленный монтаж прямоуголь-
ных профильных приборов.
532
Прямоугольные приборы, плотно смыкаясь своими фрон-
тальными фланцами (рис. 387), заполняют .всю площадь
панели. Отдельные не занятые приборами места могут
быть закрыты прямоугольными пластинками, идентичными
с фланцами приборов.
В иностранной монтажной практике за последние годы
все чаще встречаются распределительные устройства, обо-
рудованные миниатюрными приборами, допускающими от-
счет только на небольшом расстоянии. Благодаря возмож-
ности компактно разместить большое количество таких
приборов, необходимость отсчета на небольшом расстоянии
не представляет неудобств для персонала станции. С дру-
гой стороны, сооружение весьма компактных распредели-
тельных щитов дает значительную экономию стоимости не
только самого щита, но и стоимости помещения, возводи-
мого для пульта.
§ 238. Расположение и установка счетчиков. В распре-
делительных устройствах, в сетях и у приемников, элек-
трические счетчики почти всегда устанавливаются в таких
местах, где они могут учитывать энергию, передаваемую на
договорных основаниях. Расчеты между поставщиком и
потребителем энергии производятся на основании показа-
ний счетчика,» что требует от последнего надежности в ра-
боте и независимости показаний от случайных внешних
причин или умышленного воздействия заинтересованной
стороны. Такая независимость показаний от внешних фак-
торов достигается надежно защищающей измеряющий
механизм конструкцией кожуха, пломбируемого после по-
верки счетчика, и выполнением специальных требований при
монтаже. Требования эти сводятся к надежному закрепле-
нию счетчика в положении, обеспечивающем вертикаль-
ность оси подвижной части, и к ограждению подводов от
их переключения без повреждения пломб.
В отличие оъ других электроизмерительных приборов,
нет никакой надобности в непрерывном наблюдении за
показаниями счетчика. Отсчет показаний счетчиков произ-
водится периодически через определенные промежутки вре-
мени, которые в разных случаях устанавливаются в пре-
делах от нескольких часов до нескольких месяцев. Есте-
ственно поэтому стремление не загромождать распредели-
тельные щиты счетчиками, а выносить их в такие места,
которые не могут быть использованы для установки дру-
гих показывающих приборов. Поэтому обычно счетчики
устанавливаются позади распределительного щита на стене
или на каркасе, на высоте 1,2—1,5 m и реже на передней
стороне щита внизу, на высоте 200—300 шш от пола.
533
Полученные для монтажа счетчики, после распаковки,
должны быть осторожно, чтобы не повредить целости
пломб, вытерты сухой мягкой тряпкой и подвергнуты внеш-
нему осмотру.
Все пломбы на винтах, запирающих корпус, не должны
быть повреждены, кожух не должен иметь царапин и вмя-
тия, стекло должно быть закреплено совершенно непо-
движно. При обнаружении неисправностей, счетчик должен
быть отправлен для ремонта.
Желательно до монтажа подвергнуть счетчик поверке,
а для трехфазных счетчиков определить также правиль-
ность маркировки зажимов.
Осмотренный и проверенный счетчик устанавливают
в назначенном месце, закрепляя его тремя винтами. Ось
подвижной части должна быть вертикальна, причем укло-
нение от вертикали допускается не более, чем на 5°.
При закреплении счетчика необходимо исключить какие
бы то ни было перекосы, могущие деформировать цоколь.
Особенно уязвимы в отношении перекосов счетчики индук-
ционной системы, в которых погрешность от неосторож-
ного монтажа может достигать нескольких процентов.
У потребителей энергии подводящая линия монтируется
в трубах Бергмана или проводом Куло, чтобы исключить
возможность включения приемников до счетчика. При
установке бытовых счетчиков требуется также проложить
в трубе Бергмана отводящую линию на высоту одного
метра над счетчиком, где устанавливается предохрани-
тель.
Все подведенные концы, вместе с зажимами, закрываются
специальной крышкой и пломбируются.
При подведенном к счетчику напряжении без нагрузки,
пятно, накрашенное на диске, должно установиться непо-
движно. При нагрузке диск счётчика должен вращаться по
направлению стрелки.
§ 239. Включение различных типов счетчиков. В про-
стейших случаях включение счетчиков не представляет
никаких затруднений. Включение трехфазных счетчиков,
особенно с измерительными трансформаторами, довольно
часто вследствие ошибок, допущенных при включении, при-
водит к значительным погрешностям в измерении энергии.
Поэтому, при включении счетчиков необходимо строго при-
держиваться установленных схем соединения и пользоваться
счетчиками и измерительными трансформаторами с прове-
ренным обозначением .зажимов.
Согласно ОСТ 6225, для включения счетчиков устано-
влены схемы, изображенные на рис. 388—391.
534
В приведенных схемах применены следующие обозна-
чения:
Г — линия генератора, соединяющая счетчик с генера- .
тором,
Н—линия нагрузки, соединяющая счетчик с приемником,
а, Ь, с — порядок следования фаз, '
Рис. 388. Схема включения счет-
чика однофазного тока.
Рис. 389. Схема включения счет-
чика однофазного тока через из-
мерительные трансформаторы.
Г— с соответствующими индексами —генераторные концы
обмоток,
Н — с индексами — негенераторные концы.
§ 240. Монтаж самопишущих приборов. Самопишущие
приборы в большинстве случаев располагаются на лицевой
Рис. 390. Схема включения счет-
чика трехфазного тока.
Рис. 391. Схема включения счет-
чика трехфазного тока через из-
мерительные трансформаторы.
535
стороне щита, причем применяются как выступающие, так
и утопленные самопишущие приборы.
В этих случаях часто самопишущими приборами поль-
зуются и как показывающими, чем устраняется необходимость
применения последних (см. рис. 392). В тех случаях, когда
самопичтцими приборами пользуются только для реги-
страции измеряемой величины, а наблюдение за ней про-
изводится по показывающим приборам, самопишущие при
боры монтируются наряду со счетчиками за щитом.
Рис. 392. Щит с самопишущими приборами.
Крепление выступающих самопишущих приборов ничем
не отличается от крепления аналогичных показывающих
приборов. Несколько иначе обстоит дело с креплением
утопленных самопишущих приборов. Приборы, специально
преднтзначенные для утопленного крепления, должны, вслед-
ствие их большого веса, иметь достаточно прочный корпус,
позволяющий крепить их на фронтальной раме. Это дости-
гается тем, что корпус таких приборов делается литым и
представляет одно целое с фронтальной рамой. Утопленное
крепление самопишущих приборов, предназначенных для
выступающего монтажа, по той же самой причине (боль-
шого веса) не может быть произведено, как это часто
536
делается с показывающими приборами, с помощью фрон-
тальной рамы. В этих случаях прибор крепится своим цо-
колем на имеющемся у щита (рис. 393) или специально
предусмотренном для этой цели металлическом каркасе К,
так что крышка его проходит сквозь отверстие^ щите.
На кожух снаружи свободно надевается фронтальная рама
прикрепляемая болтами к щиту 5.
При монтаже самопишущих приборов с непрерывной
записью необходимо особое внимание обратить на верти-
кальность их расположения, так как отступление от по-
следнего сильно сказывается на давление пера, на бумагу,
а следовательно, и свя-
занную с ним погрешность
от трения.
§ 241. Установка изме-
рительных трансформато-
ров. Полученные для мон-
тажа трансформаторы дол-
жны быть осторожно рас-
пакованы и очищены от
пыли, после чего необхо-
димо произвести тщатель-
ный внешний осмотр их,
обратив особенное внима-
ние на состояние изоляцион-
ных деталей. Существенно
не только отсутствие тре-
щин в изоляционных дета-
лях, но также целость лака,
покрывающего бакелитовые
изоляторы, отсутствие на поверхности царапин, пузырьков
или других изъянов.
Значительные повреждения изоляции требуют отправки
трансформатора в ремонт. Дефекты лакировки легко испра-
вимы при монтаже и должны быть непременно устранены
во избежание значительного сокращения срока службы
трансформатора.
В трансформаторах тока большое значение имеет це-
лость чугунной армировки, так как наличие в ней трещин
приведет при первом коротком замыкании к полному раз-
рушению поврежденных деталей.
В помещениях сырых и плохо вентилируемых допу-
скается установка только таких трансформаторов, изоля-
ционные детали которых изготовлены из фарфора.
Если в трансформаторе дефектов не обнаружено, то
желательно до установки подвергнуть его лабораторному
537
испытанию с ц лыо проверки коэфициента трансформации
и правильности маркировки зажимов (см. § 221).
Измерительные трансформаторы применяются как с воз-
душным, так и с масляным охлаждением. Последние тре-
буют наполнения просушенным трансформаторным мас-
лом.
При включении трансформаторов напряжения необхо-
димо применение защиты в виде предохранителей как со
стороны низкого, так и со стороны высокого напряжения.
Со стороны высокого напряжения устанавливаются предо-
хранители на 2 — ЗА, которые являются защитой только от
коротких замыканий в первичной обмотке. Перегрузки
в цепи низкого напряжения не приводят к расплавлению
предохранителей, включенных в цепь первичной обмотки.
Поэтому со стороны низкого напряжения необходимо также
ставить предохранители, но на силу тока 2—4А, которые
являются защитой от перегрузки.
В цепь первичной обмотки? кроме предохранителей, часто
включают защитные безиндукционные сопротивления, огра-
ничивающие токи короткого замыкания. При напряжениях
выше 50 kV ограничиваются включением только защитных
сопротивлений. Величина этих сопротивлений выбирается
обычно из расчета: 100—200 2 на каждые 1—1,5 kV. Мон-
тируются эти сопротивления различно, в зависимости от
их конструктивного оформления. Применяются защитные
сопротивления, вделанные внутрь проходного изолятора,
или же помещенные в фарфоровую втулку такого типа,
как предохранитель, установленную на поддерживающих
изоляторах и, наконец, защитные сопротивления на опор-
ных изоляторах.
В устройствах высокого напряжения вторичные обмотки
-измерительных трансформаторов должны быть непременно
заземлены, чтобы защитить измерительные приборы от вы-
сокого напряжения в случае неисправности измеритель-
ного трансформатора. Кроме того, заземляющий провод
присоединяется к специальному болту со знаком „3“, рас-
положенному на корпусе или фланце трансформатора.
Место присоединения заземляющего провода должно быть
зачищено до блеска.
В трансформаторах тока к зажимам первичной обмотки
Лг и Л2 присоединяются провода линии, причем перед при-
соединением контактные части трансформаторов и подво-
димых проводов должны быть тщательно зачищены.
Если выводные концы первичной обмотки 1 (рис. 394)
имеют прямоугольное сечение, ^соединение их с круглыми
подводящими проводами 2 производится при помощи спе-
538
циальных концентрических зажимов 3 (тип КА) и вклады-
шей 5.
Плоский конец зажима привинчивается стальным фос-
фатированным болтом 4 к выводу 1. Фосфатированный
болт ставится для предохранения контакта от коррозии.
В случае круглого сечения как выводнйх концов пер-
вичной обмотки, так и подводящих проводников, крепление
производится концентрическими зажимами, изображенными
на рис. 395 (тип КП).
Опорные изоляторы для крепления подводимых к этому
трансформатору шин должны быть установлены на расстоя-
нии не более 0,5 m of головок трансформатора тока.
Рис. 394. Крепление прямоуголь-
ного вывода трансформатора тока
с круглым проводом.
Рис. 395. Крепление круглых вы-
водных концов трансформатора
с круглым проводом.
§ 242. Правила обнаружения неправильных включений
счетчиков. Вопрос неправильных включений не имеет столь
большого значения для показывающих приборов-ваттметров,
фазометров и др., какое он имеет для счетчиков.
Обычно предпочитают включать счетчики на стороне
высокого напряжения силовых трансформаторов, так
как при этом учитываются также потери в силовом транс-
форматоре. А это приводит к необходимости ставить
измерительные трансформаторы тока и напряжения. Ме-
жду тем, при включении трехфазных счетчиков через
измерительные трансформаторы, даже при условии пра-
вильных соединений на первичной стороне, возможны 576
различных схем включения счетчиков и лишь 24 из них
правильны. На одно правильное включение, таким образом,
приходится 23 неправильных включения. Большинство слу-
чаев неправильных включений обязано свэим существованием
неправильным соединениям счетчиков с измерительными
трансформаторами. Неправильное включение счетчиков
может в некоторых случаях привести к погрешности в изме-
рении в 200—300%, между тем, погрешность в 5% для
крупного абонента, среднее годовое потребление мощности
которого порядка 1000 kW или выше^ дает убыток потре-
539
бителю энергии (или электростанции), • достигающий не-
скольких десятков тысяч рублей при самых скромных под-
счетах., Если при этом учесть еще, что многие неправиль-
ные включения трудно поддаются обнаружению, станет
совершенно ясным, что к включению счетчиков следует отно-
ситься весьма внимательно и следует избегать каких бы то
ни было отступлений от монтажных схем, не рассмотрев
предварительно возможность этих отступлений.
Упомянутые выше 24 правильных включения отличаются
друг от друга тем, что каждый из двух вращающих эле-
ментов трехфазного счетчика (см. § 154) или 'меняются
местами в смысле включения к измерительным трансфор-
маторам, или изменяется одновременно направление тока
в параллельной и последовательной обмотках одного или
обоих элементов, причем все эти переключения можно осу-
ществить, включив трансформаторы тока в одну из трех
следующих комбинаций: (I, III), (I, II,) и (11, III). Здесь циф-
рами I, II, III обозначены три линии трехпроводной трех-
фазной цепи, куда включаются трансформаторы тока. По-
этому, рассматривая способы обнаружения неправильных
включений, нет надобности рассматривать все 552 неправиль-
ных включения. Достаточно рассмотреть лишь 23 из них, при-
ходящихся на одно правильное включение, так как во всех
остальных случаях способы определения неправильности
включения будут аналогичными.
Таким образом, в нашу задачу входит рассмотрение 24
включений, из которых одно правильное, а остальные непра-
вильные.
Из этих 24 случаев можно откинуть еще 16, если предва-
рительно .проверить следующее:
1. Проверить правильность присоединения концов обмо-
ток трансформаторов напряжения. А именно: обмотки транс-
форматоров напряжения должны быть включены так, чтобы
их начала были присоединены к тем линиям, в которые вклю-
чены трансформаторы тока, а концы должны быть соеди-
нены вместе и включены в линию, где нет трансформаторов
тока (см. рис. 302). Правильность этого включения нетрудно
проверить, так как обычно в этой части схемы оказываются
смонтированными весьма наглядно (близкое расположение
измерительных трансформаторов, расцветка отдельных фаз
и проч.).
2. Проверить правильность подвода концов от измери-
тельных трансформаторов напряжения к счетчику. Для этого
следует произвести два измерения при помощи вольтметра.
Первое измерение должно показать .равенство всех трех
напряжений между проводами, идущими от вторичных обмо-
540
ток трансформатора. При неправильном включении вторич-
ных обмоток одно из напряжений будет в УЗраз больше
двух других. Второе измерение следует произвести между
проводом, соединяющим негенераторные концы счетчиков,
и землей. Показание вольтметра в этом случае должно быть
равно нулю, так как концы вторичных обмоток трансфор-
маторов всегда заземлены.
После такой проверки, а в случае обнаружения непра-
вильности— исправления схемы, из 24 включений остается
только 8. Эти 8 включений сведены в таблицу 18, где при-
ведены также выражения для вращающих моментов счет-
чиков и поведение якоря счетчика при индуктивной нагрузке.
Нагрузка принята индуктивной, а не емкостной, так как
в практических условиях она встречается значительно .чаще.
ТАБЛИЦА 18
№№ включений Первый вра- щающий элемент Второй вра- щающий 1 элемент Примечание
Напря- жение Ток Напря- жение I Ток Вращающий ! момент 1 D
1 *4г + 4 U32 + 4 С У 3 cos ? Правильное включе- ние
2 t/12 -4 U32 + 4 C sin ? Счетчик вращается в положительную сторону
3 t/12 + 4 U32 -4 — 67 sin tp Счетчик • вращается в обратную сторону
4 t/12 -л и*. -4 — CV 3 cos? То .же
5 &32 + 4 + 4 0 Счетчик стоит
6 -4 Ul2 + 4 C 2 sin ? Счетчик вращается в положительную сторону *
7 U32 + 4 ui2 — 4 — C 2 sin ? Счетчик вращается в обратн? ю сторону
8 — 4 U12 -4 0 Счетчик стоит
541
Как видно из таблицы, результат восьми включений
может быть одним из следующих:
а) якорь счетчика стоит неподвижно или вращается очень
медленно (самоход) (схемы 5 и 8), б) счетчик вращается
в положительную сторону (схемы 1, 2, 6)^и в) счетчик вра-
щается в обратную сторону (схемы 3, 4, 7).
Рассмотрим эти случаи отдельно.
а) Счетчик стоит. Здесь возможны только два вклю-
чения: 5 и 8. Для того чтобы обнаружить, какое .из этих
двух включений имеет место, следует проделать следующий
простой опыт: переменить местами генераторные концы
параллельных обмоток счетчика. Если после этого счетчик
пойдет в положительную сторону, то это будет означать,,
что было включение 5, а стало 1, т. е., правильное. Если
же после переключения счетчик будет вращаться в обрат-
ную сторону, это будет означать, что было включение 8,
а стало включение 4. В этом случае следует оставить про-
вода переключенными и переключить направление тока
в последовательных обмотках обоих элементов. Тогда вклю-
чение 4 станет 1, т. е. правильным,
б) Счетчик вращается в положительную сто-
рону (схемы 1,2, 6). Для обнаружения, какая из схем имеет
место в этом случае, следует поступить так:
1. Измерить скорость якоря.
2. Переключить генераторные концы параллельных обмо-
ток счетчика и снова измерить скорость,
Если после переключения счетчик стоит, это означает,
что схема была составлена верно (схема 1), а после пере-
ключения стала схемой 5. Следует вернуться к прежнему
включению.
Если после переключения счетчик вращается в ту же
сторону, но с вдвое меньшей скоростью, то это значит, что
было включение 6, а стало включение 2. Тогда провода
следует оставить переключенными и переключить концы
одной из последовательных обмоток, а именно первого эле-
мента. Практически можно попробовать и то и другое
и найти такое переключение, после которого счетчик вра-
щается в положительную сторону.
Если же после переключения генераторных концов па-
раллельных обмоток счетчик вращается с удвоенной ско-
ростью, то это значит, что счетчик был включен по схеме 2,
а после переключения оказался включенным по схеме 6.
В этом случае нужно вернуться к прежнему включению
параллельных обмоток и переключить концы последователь-
ной обмотки первого элемента.
в) Счетчик вращается в обратную сторону
542
(схемы 3, 4, 7). В этом случае следует произвести тот же
опыт, что и в случае б.
Если после переключения генераторных концов счетчик
с*тоит, то это означает, что было включение 4, а стало 8.
Тогда нужно вернуться к прежнему включению параллель-
ных обмоток и переключить последовательные охотки
обоих вращающих элементов.
Если после переключения генераторных концов парал-
лельных обмоток счетчик вращается в ту же сторону, но
вдвое медленнее, это значит, что было включение 7, а стало
включение 3- В этом случае следует оставить параллельные
обмотки переключенными и переключить последовательную
обмотку второго вращающего элемента. Практически можно
попробовать переключить последовательную обмотку какого-
либо из элементов и остановиться на том, после которого
счетчик вращается в положительную сторону.
Если же после переключения генераторных концов парал-
лельных обмоток счетчик вращается с удвоенной скоростью,
то это означает, что было включение 3, а теперь имеет
место включение 7. Тогда следует вернуться к прежнему
включению, параллельных обмоток и переключить последо-
вательную обмотку второго вращающего элемента.
Описанный метод обнаружения неправильных включений
применим только при индуктивной нагрузке. При емкостной
нагрузке счетчики, включенные-по п. п. 2 и 6 (таблица 18),
будут вращаться в обратную сторону, а включенные по
п. п. 3 и 7 — в положительную. Однако, пользуясь описан-
ной методикой, можно легко составить правила для обна-
ружения неправильных включений и в этом случае.
Как в том, так и в другом случае, метод дает хорошие
результаты, если нагрузка достаточно велика. При малых
нагрузках погрешности • измерительных трансформаторов
и счетчиков могут повлечь за собой ошибки.
При переключениях последовательных обмоток следует
помнить, что вторичные обмотки трансформаторов не должны
быть разомкнуты, и перед переключением концы трансформа-
торов тока каждый раз должны быть обязательно замкнуты
накоротко перемычкой.
§ 243. Монтаж добавочной аппаратуры. В установках
постоянного тока, в дополнение к вольтметрам на высокие
напряжения, устанавливаются отдельные добавочные сопро-
тивления. В тех же устройствах к амперметрам на большие
силы тока устанавливаются наружные шунты. Кроме того, на-
ружные шунты применяются со счетчиками постоянного тока.
Отдельные добавочные сопротивления устанавливаются
на задней стороне щита или на каркасе. Располагаются они
543.
так, чтобы вентиляция обмоток, предусмотренная конструк-
цией перфорированного кожуха, не была ухудшена из-за
расположенных поблизости других предметов электрообо-
рудования. С вольтметром отдельное добавочное сопроти-
вление соединяется при помощи изолированного проводника
такого сечения, чтобы обеспечить ему необходимую жест-
кость проводки. Кожух отдельного добавочного сопроти-
вления должен быть заземлен с помощью провода, сечением
не менее 4 mm2. В отдельных добавочных сопротивлениях,
монтированных на опорных изоляторах, вместо корпуса
заземляется опорная арматура изоляторов.
Наружные шунты на малые силы тока привинчиваются
на задней стороне щита, а на большие силы тока вклю-
чаются в шины и закрепляются на них с помощью болтов.
Шунты с манганиновыми пластинами должны быть устано-
влены так, чтобы пластины располагались в вертикальных
плоскостях. Это необходимо для обеспечения нормального
режима охлаждения шунтов. С амперметрами или счетчи-
ками шунты соединяются при помощи калиброванных про-
водников, поставляемых вместе с каждым шунтом.
§ 244. Подводы к электроизмерительным приборам.
Присоединение электроизмерительных приборов осущест-
вляется проводами различного сечения в зависимости от
передаваемой нагрузки.
Подводы к обмоткам напряжения прокладываются про-
водом малого сечения, но достаточно жестким для прида-
ния надлежащей механической прочности схеме.
Подводы к обмоткам тока осуществляются круглым про-
водом или шинами, в зависимости от передаваемой нагрузки,
сечением, установленным по нормам допустимых нагрузок
для медных и алюминиевых проводов. Присоединение гиб-
ких проводов, состоящих из многих тонких проволок, до-
пускается лишь при помощи кабельного наконечника.
Заземление корпусов приборов и добавочной аппаратуры
осуществляется голым проводом, сечением не менее 4 mm2.
В цепях тока в присоединении калиброванных провод-
ников к шунту и прибору, а также в заземлении необходимо
очень тщательно очищать контактные поверхности, чтобы
обеспечить минимальное переходное сопротивление кон-
тактов. Прижимные винты должны быть затянуты доста-
точно плотно. Плохо исполненные соединения искажают ре-
зультаты измерения, вызывают нагревание приборов и шун-
тов, а в заземлении делают приборы опасными для жизни
обслуживающего персонала.
При пользовании алюминиевыми проводами надо иметь
в виду, что при сухой зачистке, алюминий тотчас же окис-
544
ляется. Поэтому зачистку алюминиевых проводников необхо-
димо вести под вазелином.
§ 245. Уход за электроизмерительными приборами. Во
время эксплоатации электроизмерительные приборы, транс-
форматоры и добавочная аппаратура должны содержаться
в чистоте.
Периодически по специальному графику все приборы
должны подвергаться поверке, с занесением результатов
этой поверки в специальный паспорт прибора. Сроки по-
верки устанавливаются через промежутки времени от трех
месяцев до нескольких лет, в зависимости от того, на-
сколько серьезными могут быть последствия неверного
измерения.
Чаще всего подвергаются поверке приборы, обслужи-
вающие генераторы, фидеры собственных нужд и т. п.
Бытовые счегчики поверяются через каждые несколько лет.
Для поверки или ремонта приборов их приходится отклю-
чать, а зачастую и снимать со щита. Отключение приборов
в отдельных случаях требует мер предосторожности.
Амперметры или другие приборы, включенные непосред-,
ственно в цепь тока, могут быть отключены только после
того, как вся эта цепь будет предварительно выключена
или место присоединения прибора зашунтировано.
Приборы, присоединенные к наружным шунтам, могут
быть отключаемы от шунтов без особых мер предосторож-
ности.
Приборы, присоединенные к трансформаторам тока, могут
быть отключаемы не раньше, чем вторичная обмотка транс-
форматора тока будет замкнута накоротко специальной
перемычкой.
Несколько сложнее, чем с уходом за показывающими
приборами, обстоит дело с самопишущими приборами. При
пользовании этими приборами, кроме ухода за их измеряю-
щими механизмами, который в основном не отличается от
ухода за показывающими приборами, приходится еще вести
постоянное наблюдение и за всеми остальными механизмами,
правильность работы которых влияет на качество записи
не меньше, чем исправность измеряющего механизма.
Чрезвычайное разнообразие типов и конструкций пишу-
щих приборов не дает возможности дать общие указания
по уходу за всеми ими даже в части наиболее общих эле-
ментов, не говоря уже о специфических деталях некоторых
самопишущих приборов (приборов с электронными усили-
телями, фотоэлементами и т. п.). Поэтому ограничимся только
приведением некоторых основных правил по уходу за само-
пишущими приборами.
35 Зак. JJ924. — Электроиэмери юлымя те к. вика. ^3
Всякий самопишущий прибор требует регулярной смены
бумаги. Такую смену лучше всего производить по опреде-
ленному расписанию. Для сигнализации об окончании запаса
бумаги, многие самопишущие приборы с записью на ленте,
в которых рулон не виден снаружи, снабжаются специаль-
ными указателями запаса бумаги. Кроме того, часто бумагу
незадолго до ее окончания снабжают сигнализирующими
об этом надписями.
В тех самопишущих приборах, в которых бумага пере-
мещается часовым механизмом, кроме регулярного завода
его необходимо также регулярно проверять правильность
хода и производить соответствующую регулировку. Про-
верку хода лучше всего производить по передвижению
бумаги.
Особенно тщательно необходимо следить за состоянием
перьев и чернильниц у приборов с непрерывной записью.
Необходимо регулярно наполнять перья и чернильницы чер-
нилами и время от времени промывать их водой или спир-
том. В приборах с точечной записью необходимо по мере
истощения красящих лент производить их замену.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Условные обозначения, помещаемые на шкалах электроизмеритель-
ных приборов
1. Обозначение системы прибора
Система прибора Знак системы
Без.экрана С магнитн. экраном
Магнито- электрическая С механической противодействую- щей силой й
Без механической противодей- ствующей силы Q (Й)
Электромагнитная С механической противодействую- щей силой
Без механической противодей- ствующей силы л
Электродинамическая Без железа С механической противодействую- щей силой
Без механической противодей- ствующей силы (В
Ферродинамическая | С механической противодействую- щей силой э
Без механической противодейг ствующей силы (^8^
35*
547
I ip одолжение
Система прибора Знак системы
Без экрана С магнитн. экраном
Индукционная С механической противодействую- щей силой (ч)
Без механической противодей- ствующей силы <#)
Тепловая ч
Термо-электриче- ская С контактным термопреобразова- телем С изолированным термопреобра- зователем 1 1
Детекторная
Электронная §
Электросда/ ическая
Электролитическая
Вибрационная \j/ 1
Фотоэлектрическая Ф
548
Продолжение
с1. Обозначение класса прибора
♦Класс прибора Знак класса
I Лабораторный ®
Контрольный
II — технический
III — указатель
3. Обозначение рода тока
Род тока Знак тока
Постоянный .
Переменный частоты 50 Hz Однофазный
Двухфазный
Трехфазный 3^
Переменный иной частоты (напр. 3-х фазн. ток 60 Hz) З'-^J 50
Постоянный и переменный
549
Продолжение
4. Различные обозначения
Объект обозначения 1 Знак
Положение прибора Вертикальное 1
Горизонтальное —•*-
Наклонное (напр. под углом 60°)
Относительно земного магнитного меридиана И и
Испытательное напряжение изоляции прибора (напр. на 2kV)
Предостерегающий знак высокого напряжения
Ускорение при тряске (напр. 6g)
Мы выполнили норма...
=="" А ВЫ ?
Савостюк О.
Мы выполнили норму... А вы? 1954