/
Текст
Н. ГР УН
Лабораторные
измерения
по
.электротехнике
КОНРАД ГРУН
ЛАБОРАТОРНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ
по
ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ
ы №
Перевод с немецкого под редакцией и с дополнениями
инж.-электр. А. С. К А С А Т К И Н А
ИЗДАНИЕ ВТОРОЕ
ИСПРАВЛЕННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
МОСКВА 19 32 ЛЕНИНГРАД
к. GRUHN
MESSTECHNISCHE UBUNGEN DER ELEKTROTECHNIK
ГОС ПУБЛИЧНАЯ
у • . ТЕХНИЧЕСКАЯ
4-я тип. ОНТИ НКТП СССР „Красный Печатник", Ленинград, Международный пр., 75а,
ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА.
В нашей технической литературе очень бедно освещены вопросы
электроизмерительных устройств. Имеющийся литературный материал в
большей своей части разбросан по специальным журналам и отдельным
литографированным руководствам и во многом сильно устарел.
Книга К. Груна может отчасти восполнить этот пробел; конечно,
она не исчерпывает всего многообразия современных электроизмеритель-
ных устройств, ио зато дает ясное описание принципа действия важней-
ших нз них в конструкции германских фирм.
По своему материалу книга предназначена для квалифицированного
читателя, знакомого с основами теории переменных токов. Она может
служить руководством для работ в лабораториях высших электротехни-
ческих школ и справочником для инженера, работающего в заводской
лаборатории.
Следует указать, что, не оговаривая этого особо, автор употребил
на рисунках для изображения сопротивлений переменного тока д. & раз-
личных способа обозначения: в большей части книги даны обозйг >ння,
обычные в недавнем прошлом для нашей технической литературьТ/но в
ряде чертежей, относящихся к новым конструкциям, употреблены новые
германские стандартные обозначения (вводимые и у нас), а именно:
активные сопротивления обозначены прямоугольной ломаной линией, а
приемники, обладающие самоиндукцией и активным сопротивлением изо-
бражены зигзагами (например, фиг. в § 74 н т. д.).
Во втором русском издании в предлагаемой книге редактором совер-
шенно изменено расположение материала н добавлен ряд новых пара-
графов (поверка счетчика переменного тока, исследование магнитных
свойств железа по способу кольца, вибрационный гальванометр, ярмо
Гопкинсона и т. д.). В ряде работ изменен характер изложения мате-
риала, усилен пункт: „Вопросы для повторения“ и некоторые фотографии
заменены более отчетливыми илн более современными. Целью всех этих
добавлений и изменений было приблизить книгу к потребностям уча-
щихся и практиков.
Не все обозначения, употребляемые Груном, совпадают с принятыми
международными обозначениями; в переводе они, по возможности, заме-
нены международными обозначениями.
А. Касаткин.
ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРА.
Когда издательство Шпрингера приняло к печати мою книгу „Электро-
технические измерительные приборы1', оно высказало пожелание, чтобы
области методов и установок для измерения было уделено больше места.
Теперь, по ходу работ в электротехнической лаборатории Высшей
технической школы в Дрездене, мне удалось приобрести значительные
познания, могущие принести пользу молодому электротехнику, и я вы-
пускаю в свет данный труд, надеясь оказать этим услугу как учащимся,
так и практикам.
Однако в противоположность известным и, надо признать, прево-
сходным руководствам по вопросам практических” работ в электротехни-
ческой лаборатории, дающим более илн менее сжатый обзор большого
количества измерительных методов (часто сходных друг с другом и даже
иногда служащих одинаковым целям), я решил выбрать небольшое число
наиболее типичных опытов, которые представляются мне важными, как
основы практических работ в электротехнической лаборатории. В интере-
сах удобопонятности я описал эти методы насколько возможно подробно
в тех пределах, которые были мне указаны.
Первая половина работ, по моему мнению, представляет одинаковый
интерес как для будущего специалиста по сильным токам, так и для
специалиста по слабым токам.
Вторая половина, начиная с нейтрального реле, более существенна
для специалиста по слабым токам, хотя в настоящее время каждый электро-
техник считает своим долгом ознакомиться с основами техники высокой
частоты и с работой электронных ламп.
Обработка материала в каждом из описываемых мною опытов одина-
кова: сначала несколько вступительных замечаний, в которых обязательно
говорится о цели опыта и даются общие сведения об измерительном
устройстве; далее описывается включение и принцип измерения, а также
кратко упоминается о теоретических основах данной работы. В заклю-
чение все особенности опыта и результаты его объединяются в таблицу
или диаграмму. Иногда в конце дается несколько вопросов для упражне-
ния, служащих как бы стимулом для самостоятельной работы мысли
учащихся. Ответы на эти вопросы отнюдь не должны рассматриваться
как обязательные, но во многих случаях они могут служить пробным
камнем для усвоения данного упражнения и для обнаружения технической
фантазии.
Область работы с электрическими машинами здесь не затронута, так
как она не входит в круг моей компетенции. Я отсылаю заинтересо-
ванных лиц к недавно появившемуся труду Яна: „Испытания электри-
ческих машин".
К. Грун.
ОГЛАВЛЕНИЕ.
СТР.
1. Поверка амперметров.................................................. 7
2. Поверка вольтметров.................................................. 9
3. Мостик Уитстона.......................’............................. 11
4. Декадный, штепсельный и рычажный мостики Уитстона.................. 13
5- Измерение сопротивления жидких проводников........................ 15
6. Включения сопротивлений............................................. 18
7. Закон Ома........................................................... 20
8. Техническая установка для измерения малых сопротивлений..........
9. Поверка ваттметров на постоянном токе ...........................
10. Поверка счетчика ваттчасов постоянного тока.............'.........
11. Измерение сопротивлений путем сравнения падений напряжения........
12. Испытание изоляции................................................
13. Места повреждения линий и сопротивления заземлений................
14. Гальванометр .....................................................
15. Мостик Томсона....................................................
16. Измерение света (фотометрия)......................................
17. Компенсация напряжения............................................
18. Компенсационный аппарат...........................................
19. Компенсатор Рапса.................................................
20. Упрощенный технический компенсатор................................
21. Компенсатор Вольфа................................................
22. Баллистический гальванометр ......................................
23. Измерения емкости баллистическим гальванометром...................
24. Исследование магнитных свойств железа по способу кольца...........
25. Ярмо Гопкинсона...................................................
26. Исследование железа прибором Кепселя..............................
27. Мощность и векторная диаграмма при переменном токе................
28, Полный закон Ома для переменного тока.............................
29. Вибрационный гальванометр.........................................
30. Измерение самоиндукции и емкости мостиком Уитстона................
31. Измерительный мостик высокого напряжения для измерения емкости и
диэлектрических потерь в конденсаторах и кабелях......................
32. Мостнк Зейбта для измерения емкостей....................I.........
33. Измерение векторных сопротивлений.................................
34. Мостик для измерения малых самоиндукций...........................
35. Мостик для измерения больших самоиндукций.........................
36. Получение сдвига на 90°.....................................
37. Поверка индукционных ваттметров, фазометров, указателей реактивной
мощности и т. ........................................................
38. Поверка счетчиков ваттчасов переменного тока......................
39. Дроссельная катушка...............................................
40. Прибор Эпштейна для испытания железа..............................
41. Диференциальный прибор для испытания железа.......................
42. Комплексный компенсатор...........................................
43. Компенсатор переменного тока по Гейгеру...........................
44. Установка для испытания трансформаторов тока и трансформаторов на-
пряжения .............................................................
45. Испытание трансформаторов тока....................................
46. Испытание трансформаторов напряжения..............................
47. Источники тока для измерения переменным током.....................
97
99
99
103
104
105
107
ПО
117
120
12.5
128
130
131
132
142
145
5
СГР.
48. Машина Франке...................................................
49. Измерения кажущихся сопротивлений при помощи машины Франка. . . .
50. Нейтральное реле................................................
51. Поляризованное реле.............................................
52. Микрофон........................................................
53. Телефон. .......................................................
54. ДеФекторы.......................................................
55. Измерение слабых переменных токов......................'........
56. Характеристика электронной лампы................................
57. Управление действием электронной лампы..........................
58. Степень усиления................................................
59. Самовозбуждение электронной лампы...............................
60. Волномер........................................................
61. Измерение самоиндукции волномером...............................
62. Волномер Зейбта ................................................
63. Взаимоиндукция и коэфициент связи...............................
64. Измерение емкости мостиком при высоком напряжении ..............
65. Емкость катушек.................................................
66. Подбор сопротивлений............................................
67. Телефонный трансформатор........................................
68. Искусственный кабель............................................
69, Провод Лехера...................................................
70. Возбуждение затухающих колебаний................................
71. Измерение токов звуковой частоты................................
72. Измеритель утечки...............................................
73. Вспомогательный мостик для создания симметрии потенциалов.......
74. Измеритель затухания............................................
75. Измеритель усиления ............................................
76. Ламповый вольтметр .............................................
Пре д м с т н ы й у к а з а т е л ь . ......................
147
151
152
154
155
157
160
161
163
164
167
168
170
172
173
174
176
177
178
180
181
183
185
187
188
191
192
195
196
198
1. Поверка амперметров.
Амперметры поверяются обычно путем сравнения с точными, так на-
зываемыми образцовыми, или прецизионными, приборами; последние в свою
очередь могут быть очень точно вы-
верены с помощью компенсатора (см.
стр. 62).
Включение для поверки. К акку-
муляторной батарее Е включены по-
следовательно все приборы: предохра-
нитель S, рубильника, поверяемый при-
бор А, который показывает ток /v, точ-
ный прибор N, который показывает
действительное значение тока и два
или больше регулировочных сопроти-
вления с более или менее тонкой ре-
гулировкой.
Эти сопротивления должны выдер-
живать наибольшую силу тока 1т, тре-
бующуюся при поверке; они выбираются
Фиг. 1. Технический амперметр.
в зависимости от измеряемого тока (наи-
большее и наименьшее значение), а напряжение Е батареи выбнраехся на
основании закона Ома (каким образом?).
Проведение опыта.
избежать перегрузки током (в особенности измерительных
Чтобы
Фиг. 2. Точный прибор для поверок.
приборов), следует все
сопротивления поставить
до включения тока на их
максимальное 'значение.
Затем включив ток, уста-
навливаем точно на по-
веряемом амперметре Д
круглые значения силы
тока 1Х, например 1, 2,
3, 4, 5 А или 0,1, 0,2,
0,3, 0,4 А (в общем око-
ло 10 точек), н отсчи-
тываем на точном прибо-
ре соответствующее дей-
ствительное вначеиие 1п,
предполагая, что дочный
прибор лает правильные показания: в противном случае следует учесть
поправки этого прибора.
В амперметрах с несколькими пределами измерений, что достигается
включением различных шунтов, достаточно в большинстве случаев пове-
рить прибор прн его наименьшем пределе измерений и кроме того пове-
рить величину сопротивления шунта или измерить с помощью компенса-
поверки амперметров.
Фиг. 4. Шунты для амперметра.
тора падение напряжения на зажимах этого последнего при номиналь-
ной силе тока, т. е. при максимальном для данного предела измерений
токе.
Все шунты, которые принадлежат одному и тому же прибору, подо-
гнаны на одно и то же падение напряжения.
При амперметрах переменного тока, включаемых через трансформатор
тока, отдельно испытывается сам амперметр и кроме того определяется
коэфициент трансформации трансфор-
матора тока..
Фиг. 5. Трансформатор тока.
Погрешность (абсолютная) испытуемого прибора в любой части его
шкалы определяется как fx = Ix — 1п. Она положительна, если
измеренная величина 1Х больше, чем действительная
величина 1п. Относительная погрешность прибора определяется обычно
как отношение абсолютной погрешности к номинальному значению 1т и
вычисляется из следующего отношения:
А Ц — 4
относительная погрешность /ота= г • 100% = — Т «100%,
ь *т *т
здесь Д—погрешность, соответствующая делению шкалы х, 1п — соот-
8
ветствующее действительное значение, 1т— конечное значение шкалы
прибора.
Результаты опыта следует свести в таблицу, а также вычислить
погрешность fx, отнесенную к номинальной величине /т, и относительную
погрешность /отн, представляющую собой отношение погрешности к ве-
личине 1п. Этот подсчет должен производиться таким способом, каким
обычно производятся.все научные вычисления.
Гораздо реже эти результаты изображаются кривой в системе коор-
динат (фиг. 6). При поверке точных приборов строится кривая погреш-
ности /х как функции 1Х.
Для того чтобы иметь возможность интерполировать между двумя
точками, полученными из опыта, следует соединить эти точки прямыми
отрезками, а не плавной кривой, 1 как это делается обычно при других
опытах.
почему теперь для этой цели выбрано
№ 1х fm £т /ОТН
А А А 7. •/»
Вопросы для упражнения.
1. Как удобнее определять погрешность прибора: по отношению к действительней
величине или к величине поминальной, и
отношение к номинальной величине?
2. Почему приборы включаются по-
следовательно под напряжение Е, а не
включаются к делителю напряжения, как
при поверке вольтметров (см. ниже)?
3. Какой шунт должен быть включен
параллельно амперметру А, когда предел
измерения его должен быть удвоен, а собственное сопротивление амперметра
равно г?
4. Почему при амперметре завод прилагает определенные проводники для
соединения с шунтом?
2; Поверка вольтметров»
Щитовые вольтметры поверяются обычно путем сравнения с точ-
ными (образцовыми) приборами.’ Эти образцовые при-
боры могут быть, в свою очередь онеиь точно пове-
рены с помощью компенсационного аппарата.
Включение для поверки. К аккумуляторной батарее
Е между точками А н В включено сопротивление R,
играющее роль „делителя напряжения" (см. опыт
на стр. 19). К зажимам А и С (скользящий контакт)
включены параллельно поверяемый вольтметр V н точ-
ный прибор Л/, который показывает действительную ве-
личину Ул, между тем как вольтметр V показывает на-
пряжение Vx (фиг. 7).
Если передвинуть С к Л, то приборы покажут напри-
жение, равное 0; если же передвинуть С к В, то они фиг ? Вк1тчеиие
покажут наибольшую величину — напряжение источника для поверки волы-
тока. метра.
Выбор сопротивления R зависит от пределов измерения вольтмет-
ров и от нх собственного сопротивления. При больших собственных
сопротивлениях приборов и выбирается соответственно большей ве-
1 О кривых погрешностей электр. измерит, приборов см. „Электричество*,
1930 г. статья И. Н. Пономарева.
9
личины. При малых собственных сопротивлениях (при большом потреб-
лении тока приборами) сопротивление будет меньше и должно быть изго-
товлено из более толстой проволоки (почему?).
Проведение опыта.
Чтобы избегнуть перегрузки (главным образом измеритель-
ных приборов), ставим, при начале опыта до включения
тока делитель напряжения на нуль, т, е. ставим подвижной
Фиг. 8. Щитковый
вольтметр.
Фиг. 9. Делитель напряжения.
контакт („движок") С у контакта А (на фиг. 7). Затем, передвигая по-
движной контакт, устанавливаем на поверяемом вольтметре круглые зна-
чения, например 0,5, 1, 1,5 2, 2,5 3 V, в общем около
10 точек, п отсчитываем на точном приборе соответ-
ствующие действительные значения, предполагая, что
точный прибор дает правильные показания; в против-
ном случ:е мы учитываем поправ-
ки этого прибора.
В вольтметрах с несколькими
пределами ивмерений, что дости-
гается включением -различных до-
бавочных сопротивлений, бывает
по большей части достаточно по-
верить наименьший предел изме-
рений прибора и кроме того по-
фиг. 10. Добавочное со-верить величину добавочного со-
противление для вольт- противления, так как сопротивле-
метра. иия, принадлежащие одному и то-
му же прибору, рассчитаны на оди-
наковую силу тока. Более подробно см. об этом в
автора: „Электро-технические измерительные приборы“.
При испытании вольтметров переменного тока, включаемых через
трансформатор напряжения, следует отдельно испытать’ самый прибор и
кроме того поверить коэфициент трансформации измерительного транс-
форматора.
Погрешность испытуемого прибора в любой части его шкалы
определяется fx=Vx — Va. О и а положительна, если измерен-
Фиг. 11. Трансфор-
матор напряжения.
книге того же
1 В русском переводе издана Гостехиздатом в 1927 г.
.10
ная величина Vx больше, чем действительное значе-
ние Vn.
Относительная погрешность прибора определяется отношением
ошибки к номинальному значению Vm. Она вычисляется из следующего
отношения:
fx — Vn
foiB — у . 100% = у . 100%,
* m v m
где fx — погрешность, соответствующая делению шкалы х, Vn — соот-
ветствующее действительное значение, Vm — номинальное значение шкалы
прибора.
Результаты опыта следует свести в таблицу, а также вычислить
относительную погрешность /отн. Этот подсчет должен производиться
способом, аналогичным тому, какой применяется при всех подобных
вычислениях.
Реже эти результаты изображаются в виде градуировочной кривой в
системе координат (фиг. 12).
Для того чтобы иметь возможность интерполировать между точками,
полученными из опыта, следует соединять эти точки прямыми отрезками,
а не плавной кривой, как это делается обычно при других опытах.
Вопросы для упражнения.
1. Почему в данном случае отдается предпочтение включению к делителю
напряжения перед последовательным включением приборов и реостата, как
Фиг. 12. Кривая поверки.
при поверке амперметра?
2. Существуют ли вольтметры, которые совсем
не потребляют тока? Какой системы?
3. Какое добавочное сопротивление нужно вклю-
чить к вольтметру Vx, когда предел измерения его
должен быть удвоен, а его собственное сопротивле-
ние равно R?
№ Vx Vn А Sm /отн
— V V V % %
4 Какой вид примет шкала вольтметра, если в качестве добавочною сопро-
тивления включить металлическую лампу накаливания или угольную лампу на-
каливания?
3. Мостик Уитстона.
МостикУитстона является измерительным устройством,
в отличие от непосредственно показывающих электроизмерительных
приборов, как например вольтметры и амперметры. В то время как
приборы со стрелкой дают возможность по положению стрелки на шкале ,
непосредственно отсчитывать измеряемую величину, так же как это
делается при взвешивании на пружинных весах, в измерительных устрой-
ствах необходимо предварительное выравнивание, как иа весах с коро-
мыслом, а следовательно требуется и вычисление значения измеряемой
11
величины по условиям равновесия измерительного устройства, т. е. ре*
шение уравнения.
Когда требуется получить более точные результаты предпочтительно
пользоваться измерительными устройствами.
Мостик Уитстона служит для измерения сопротивлений в холодном
состоянии, по большей части таких сопротивлений, которые при
изменении температуры либо очень мало меняют свое значение, либо
практически совсем его не меняют.
Сопротивления’ меди, переходные сопротивления и т. п., которые
Фиг. 13. Штепсельный
мостик.
во время работы или при нагреве значительно
изменяются, как например сопротивления обмотки
якоря и электромагнитов машин и аппаратов, изме-
ряются иа основании закона Ома /?= по
гальванометре уравнение
показаниям вольтметров и амперметров (см. ниже).
Включение и измерение. Однородная, рав-
номерного сечения проволока мостика А—В
(фиг. 14) включается к источнику тока (на-
пример, в 2 V), параллельно к ней включены
сопротивления X и При отсутствии гока в
мостика будет
I,- К'
или
I,
X=R-~f.
‘2
(О
Перед каждым измерением следует заметить положение покоя для
стрелки гальванометра, затем включить предохранительное сопротивление
Фиг. 14. Включение мостика
Уитстона.
Фиг. 15. Стрелочный'
гальванометр.
Фиг. 16. Магазин
сопротивлений.
Rb к гальванометру и, нажимая кнопку d, передвигать скользящий
•контакт с до тех пор, пока гальванометр G останется без тока, т. е.,
пока он не перестанет давать отклонения стрелки из нулевого поло-
жения. Тогда предохранительное сопротивление замыкается накоротко,
и измерение снова повторяется, т. е. с устанавливается более точно. При
отклонении гальванометра а —0 имеем условия уравнения (1), на осно-
вании которого и вычисляем неизвестное сопротивление X.
& 12
Примечание. Мостик Уитстона годен для измерения сопротивлений от
одного до нескольких миллионов ом, т. е. до того предела, пока этот метод, в силу
большой величины сопротивлений, станет нечувствителен. Очень малые сопроти-
вления измеряются мостиком Томсона, очень большие, например сопро-
тивления изоляции — особыми способами (см. ниже). При хорошо кали-
брованной проволоке мостика точность измерения зависит только
от чувствительности гальванометра нот точности сопротивления /С. Когда
-.= 1г, то можно поменять места R и X и взять среднее значение из двух изме-
рений. 1 Измерение обладает наибольшей точностью, если скользящий контакт при
а = 0 стоит иа середине мостика.
Для достижения достаточной чувствительности измерения, напряжение батареи
доводится до того максимума, который могут выдержать сопротивления мостика,
не изменяя своей величины от нагрева током. По этим соображениям обычно ба-
тарея включается к скользящему контакту (т. е. па место гальванометра на
фиг. 14), а гальванометр к концам проволоки.
В этом случае также имеет место уравнение 1.
Для того чтобы убедиться в том, что сила тока в гальванометре действительно
равна нулю, замыкаем ветвь гальванометра н снова размыкаем ее кнопкой rf,
повторяя это несколько раз.
Сопротивления ветвей мостика могут быть не вполне свободны от самоин-
дукции н емкости, поэтому, чтобы быстро протекающие индуктированные и за-
рядные токи не вызывали баллистического отклонения гальванометра (см. §22—23),
для замыкания тока часто употребляется двойной ключ. Этот ключ сначала
включает батарею, а затем уже гальванометр. Таким образом при включении галь-
ванометра, баллистический толчок тока уже миновал.
Проведение опыта.
I. Надо определить значения сопротивлений при десяти положениях
контакта рычажного сопротивления и из полученных значений составить
таблицу.
2. Измерить сопротивления первичной и вторичной катушек транс-
форматора тока.
3. Измерить сопротивление между двумя обмотками трансформа-
тора тока.
Вопросы для упражнения.
1. Почему нельзя мостиком Уитстона достаточно точно измерить малые сопро-
тивления?
2. Как из.меняются условия, если измеряемое сопротивление предназначено для
переменного тока и обладает самоиндукцией или емкостью?
3. Что надо делать, когда измеряемое сопротивление содержит жидкость,
разлагаемую током (водяное сопротивление и т. д.).
4. Декадный штепсельный и рычажный мостики Уитстона.
Фирма Гартман и Браун изготовляет декадный штепсельный мостик
Уитстона, основная схема которого показана на фиг. 19. Он имеет че-
тыре или пять штепсельных декад 10-1 Q; 10*10 Q; 10-100 которые
представляют собой эталонное сопротивление далее два сопротивле-
ния в ветвях и каждое по 1, 10, 100 и 1 000 Q. Они занимают
в схеме места а н Ь. Во всем остальном рисунок на основании прошлого
понятен сам собой (см. сгр. 12).
Для контрольного измерения можно поменять места батареи В и галь-
ванометра Q. При работе й с этим мостиком следует сначала замыкать
1 Подробнее см. Uppenborn-Kalender fur Elektrotechniker и Грун. Электро-
технические измерительные приборы, стр. 139.
13
ключ батареи а затем ключ гальванометра Gr Крестообразный пере-
ключатель S служит также для контрольного измерения путем переста-
новки сопротивлений в ветвях и
Фиг. 17. Декадный мостик фирмы Гартман
и Браун. 1
что достигается включением штеп-
селей переключателя в 5. или в J?2.
Декадное сопротивление Ra
требует только одного штепселя
для каждой декады, благодаря
чему пользование данным мо-
стиком много проще, нежели
пользование прежними штепсель-
ными мостиками (подобный же
мостик изготовляет в СССР за-
вод „Электроприбор").
После выравнивания, полу-
чим для положения переключа-
теля
«Х= «» — = «« I (21
Для положения переключа-
теля s2
^=«„4=«„4- (3)
Для декадного мостика (фиг. 20) предел измерений будет 11 М2,
для мостика, показанного на фиг. 18 с 5 декадами, этот предел —
111 М2.
На фиг. 21 показан рычажный мостик Уитстона. Такие мостики
удобнее в обращении чем штепсельные, зато сопротивление рычажного
контакта значительно больше сопротивления штепсельного контакта и
менее постоянно, а следовательно влияет в отрицательную сторону на
точность измерения. Для улучшения работы рычажных контактов их ре-
комендуется смазывать очищенным от кислот американским вазелином:
(почему смазка ие увеличивает сопротивление контакта?).
14
5. Измерение сопротивления жидких проводников.
Знакомое уже нам измерение сопротивления мостиком Уитстона (см.
стр. 11) при помощи постоянного тока и гальванометра не может быть
применено для приборов, содержащих жидкость (водяные
сопротивления, внутренние сопро-
тивления элементов и аккумулято-
ров и т.ч п.), так как постоянный
ток разлагает электролит и изме-
няет во время измерения его со-
противление.
В качестве источника тока для
подобных измерений поэтому сле-
дует пользоваться переменным то-
п-ом малого напряжения, который
может быть получен, например, от
маленького инлукгория, ог зумме-
ра или также от машины, дающей
переменный ток звуковой частоты
(см. § 47).
Вместо гальванометра служит
телефон Т (фиг. 22). При отсут-
ствии тока в ветви мостика АТ В
телефон молчит. Когда мостик
выравнен, то имеем снова уравнение
Фиг. 19. Штепсельный мостик фирмы
Гартман и Браун.
— t ’ Rfn
где Rx—искомое сопротивление жидкости, Zt и Z2— длины частей изме-
рительной проволоки н /?я — известное сопротивление.
Фи1. 20. Устройство декадного мостика.
Полное отсутствие тока, т. е. молчание телефона, наступает только
тогда, когда мостик находится в полном равновесии, причем уравнове-
шены также реакции самоиндукции и емкости. Например может слу-
15
читься, что известные сопротивления обладают самоиндукцией или ем-
костью.
Если источник тока дает несинусоидальный ток, го можно уравнове-
сить мостик лишь для основной волны, но не для имеющихся налицо
Фиг. 21. Рычажный мостик Уитстона.
одновременно высших гармонических переменного тока, так как сопро-
тивление при переменном токе зависит от частоты переменного тока.
Фиг. 22. Измерение сопро-
тивлений жидкостей.
Фиг. 23. Схема измерительного
мостика Кольрауша.
Поэтому лучше всего применять Для измерения генератор токбв звуковой
частоты, дающий чистую синусоиду.
Во многих случаях практики для измерения сопротивлений достаточно
воспользоваться маленьким индукторием, например таким, как применен-
ный в мостике Кольрауша завода „Электроприбор* (фиг. 23
и 24). Вдоль проволоки мостика, на подложенном снизу масштабе, на-
несено непосредственно отношение длин lt : /2, что сильно упрощает
1&
подсчет (шкала с градуировкой). На фиг. 25 показан подобный мостик,
у которого измерительная проволока длиной 3,2 м намотана на мрамор-
' ный валик. Подвижной кон гак г выполнен в виде маленького ролика, сколь»
’ зящего по проволоке при вращении валика.
Фиг. 24. Мостик Кольрауща.
План работы.
1. Нужно измерить внутреннее сопротивление:
а) двух свинцовых аккумуляторов,
Ь) двух аккумуляторов Эдисона,
с) двух элементов Лёкланше.
б
Фйг. 2и. Мостик Кольрауша с валиком.
i
При эт^х измерениях нужно включать два элемента один
другому (фйг. 27), чтобы составляющая постоянного тока в и
ной цепи была возможно меньше. |
2 >5* Груи. Лабораторные иамереяия по электротехнике
навстречу
ГжадарстЕС)
н й
ВИБЯфС
2. Нужно измерить сопротивление раствора соды, налитого в стеклян-
ный сосуд, в котором можно изменить расстояние между электродами
(фиг. 27). Передвигая сантиметр за сантиметром подвижной электрод,
i Rj?
Фиг. 26.
Фиг. 27. Сосуды для измерения сопротивления
жидкостей.
нужно каждый раз измерять сопротивление. Во всех случаях следует
отмечать вовремя измерения температуру электролита.
Вопросы для упражнения.
1. Как изменяется сопротивление электролита с изменением концентрации?
2. Как подсчитать проводимость электролита на один сантиметр (длины пути
тока)?
6. Включения сопротивлений.
Для регулирования силы тока (или величины напряжения) может быть
применено регулировочное сопротивление (реостат) /?, например, движ-
ковый реостат (с подвижным контактом).
Фиг. 28. Двойной движковый
Фиг. 29. Простое регулировочное
сопротивление (реостат).
реостат.
Отметим три существенно различных способа включения реостатов:
1. Добавочное сопротивление (фиг. ЗОй).
2. Шунт (фнг. ЗОЙ).
3. Делитель напряжения (фиг. 30с).
Примечание. При включении 1, как показал опыт, получаются хоро-
шие результаты в том случае, если R приблизительно в пять раз больше, чем м
(/?<4-₽а), где Ra — впэши.-е сопротивление, в котором ток/должен быть изменен, •*
и Rt—внутреннее сопротивление источника тока. Включение 1 обладает тем\
недостатком, что сила тока не может быть уменьшена до нуля.
18
При включении 2 получается хорошая регулировка, если /? немногим
больше меньшего из сопротивлений /?,• или
Включение 2 имеет тот недостаток, что 2? может быть уменьшено до нуля и
тем самым может быть замкнут накоротко источник тока.
Включение 3 предназначается только для более слабых токов; здесь отсут-
ствует недостаток первых двух включений. 2? выбирается большим или меньшим,
в зависимости от потребления тока приборами и от напряжения источника тока.
а b с
Фиг. 30. Включение регулировочного сопротивления /<;
а — добавочное сопротивление, b — шунт, с — делитель напряжения.
Если / мало по сравнению с /реост (2?о значительно больше R), то вдоль R на I
мы имеем равномерно возрастающее напряжение. Движок С делит в этом случае
напряжение на R, пропорционально отношению длин (делитель напряжения). Осто-
рожно при замыкании нако-
ротко 2?а).
Включение 1 применяется
для сильных токов, включение
3 почти исключительно для сла-
бых токов.
Включение 2 практически,
как регулирующее включение,
почти не применяется и при-
ведено здесь только с целью
показать и этот способ парал-
лельного включения сопроти-
вления. При практическом осу-
ществлении включения 3 регу-
лировочное сопротивление R
Фиг.31. Практическая
схема делителя напря-
жения.
Фиг. 32. Ток / в зависимости
от положения движка.
обычно составляется из двух частей: из малого сопротивления из толстой проволоки
и большого — из тонкой проволоки; первое служит для тонкой, второе — для грубой
регулировки. Каждое из этих сопротивлений конечно имеет свой движок (фиг. 31).
Проведение опыта.
Построить кривую зависимости силы тока в нагрузке Ra от длин I,
т. е. от положения движка на реостате /? (фиг. 32S
1) если R несколько больше, чем Ra,
2) если 2? примерно в 5 раз больше, чем Ra,
3) если 2? много больше, чем Ra\
все это для тех случаев, когда /^«меньше, чем (например/?,• = около
10 2, = около 60 2).
Во время опытов нужно гак измерять длину I (фиг. 30), чтобы ток I
по мере увеличения длины I при включении 1 уменьшался, при включении
2 и 3 увеличивался.
Лучше начертить для каждого включения отдельную графику с тремя
кривыми, относящимися к трем различным значениям сопротивления Ra.
19
Вопросы для упражнения.
1. Назовите случаи практических измерений, при которых применяются эти
три включения.
2. Почему при включении 3 R должно быть мало по сравнению с
7. Закон Ома.
Сопротивления, величины которых меняются во время работы, как на-
пример сопротивление обмотки якоря, электромагнитов, лампочек накали-
вания и др. измеряются под током во время работы путем одновременного
измерения силы тока и напряжения. По закону Ома величина сопротивлений
определяется из уравнения
«ч-
При малых мощностях следует обращать внимание на собственное
потребление мощности самими приборами. Мы имеем два существенно
различных включения (фиг. 33 и 34).
В случаев измеряем точно напряжение V у зажимов сопротивления R&
но измеряемый ток / больше действительного на величину потребления
/ . V \ ХЛ
тока вольтметром |£с==-—1. Можно не обращать внимания на погреш-
ность, если Rv много больше, чем R& в противном случае нужно ввести
а b
Фиг. 33 и 34. Схемы для измерения сопротивления по закону Ома.
соответствующую поправку или применить схему Ь. Первая- схема удобнее
для измерения больших токов при низком напряжении, вторая для из-
мерения малых токов при высоких напряжениях.
В случае b намеряем точно ток в сопротивлении Rg) но измеренное
напряжение больше действительного на величину падения напряжения в
амперметре (Va = I-ra). Погрешность эту можно ие принимать во вни-
мание, если га очень мало по сравнению с Rr.
При измерениях мощности (см. стр. 24) следует учитывать потребле-
ние мощности самими приборами только при измерениях малых мощно-
стей— случай относительно редкий при измерении сильных токов и
часто встречающийся при измерении слабых токов. Поэтому в последнем
случае лучше избегать измерений по вышеуказанному способу и пользо-
ваться для измерения сопротивлений мостиком Уитстона, а для измерения
напряжений и сдвигов по фазе — способом компенсации (см. ниже §42).
Большой температурный коэфициент некоторых материалов используется в
электротехнике для поддержания в цепи постоянной силы тока, независимо от ко-
лебаний напряжения источника тока; например: при проверке счетчиков, затем для
поддержания постоянной силы тока накала в электронных лампах, далее в установ-
20
ках тля освещения поездов и т. п. Обычно для этой цели применяются железные
сопротивления. На фиг. 35 даиа кривая зависимости силы тока от напряжения,
приложенного к концам подобного сопротивления. Как мы видим, при относительно
больших колебаниях напряжения сила тока в сопротивлении остается практически
постоянной. При изготовлении такого железного сопротивления необходимо, с одной
стороны, защитить проволоку от окисления кислородом
воздуха {так как проволока сопротивления работает обыч-
но при темнокрасном калении) и, с другой стороны, со-
хранить относительно хорошую отдачу тепла в окру-
жающую среду. По этим соображениям железные сопро-
тивления (так называемые баре тер ы) изготовляются
похожими на лампы накаливания (фиг. 36) и наполняются
водородом. Условия работы сопротивления должны быть
подобраны так, чтобы нормально сопротивление работало
Фиг. 36. Желез-
ное сопротивле-
ние.
О
Фиг. 37. Сопротивле-
ние лампочки в зави-
симости от напряже-
ния на ней.
при режиме, соответствующем средней точке пологой части характеристики 1 =/(!/),
например для нашей кривой при 80 V. Недостаток описанных сопротивлений
тот, что они пе сразу изменяют свое сопротивление и сле-
довательно не сразу регулируют силу тока до требуемого
значения, а лишь спустя некоторый небольшой промежуток
времени, тем больший, чем больше мощность, потребляемая
в сопротивлении. Железные сопротивления обычно вклю-
чаются последовательно с тем прибором, силу тока в кото-
ром нужно поддерживать неизменной. При больших силах то-
ка несколько железных сопротивлений включаются между со-
бой параллельно. Включать железные сопротивления после-
довательно друг с другом нельзя. Обычные лампочки нака-
калииания с металлической нитью, особенно газополные,
употребляются с успехом в качестве добавочного сопроти-
вления, когда величина тока, при низких напряжениях, долж-
на быть понижена меньше, а при высоких напряжениях
больше (сопротивление металла лампы возрастает от нагревания); в этом случае
благодаря включению лампы сопротивление увеличивается с увеличением напря-’
жения.
Проведение опыта.
1. Требуется измерить при помощи мостика Уитстона сопротивление
лампочки накаливания с металлической нитью в холодном состоянии, а
также сопротивление амперметра и вольтметра (в качестве источника тока
21
малого напряжения для мостика пользоваться делителем напряжения, вклю-
ченным вместо V на фиг. 14).
2. Пользуясь схемой а и Ь, определить потребление тока Ig лампочкой
накаливания при различных напряжениях Vg.
Отбросив ошибочные результаты, построить кривую зави-
симости сопротивления Rg лампочки, как функции напрякення на ее за-
жимах Vg (фиг. 37).
3. Пользуясь схемой а и 6, определить зависимость силы тока в
железном сопротивлении от напряжения на зажимах этого сопротивления.
Построить кривую зависимости величины сопротивления от напряжения
на его зажимах.
Вопросы для упражнения.
1. Как велики мощности, потребляемые лампой и приборами при напряжении
на лампе в 2 V?
2. К каким системам принадлежат примененные во время опыта измерительные
приборы?
3. Как велики должны быть добавочное сопротивление и потребление мощности
тем же вольтметром при измерении напряжения в 500 V?
4. Какова должна быть величина сопротивления шунта и мощность, потребля-
8. Техническая установка для измерения малых сопротивлений.
Измеряемое сопротивление Z? включаемся по схеме фиг. 40« непо-
средственно, а при стержпеобразной форме проб по схеме 406 с помощью
соединительных проводников z, между зажимами тока А, изо-
браженными на фиг. 39. Источник тока Е, дающий напряжение в 2 или 4 V
посылает ток / через переключатель тока Ut в измеряемое сопротивление
Z?j, затем через три параллельно включенных регулировочных сопроти-
вления г и через амперметр обратно в Е. В сопротивлении Z? при этом
имеет место падение напряжения e = I-R, величина которого на зажимах
напряжения В (фиг. 39) может быть измерена милливольтметром I/, вклю-
ченным через переключателя 478. Согласно закону Ома имеем
/?=4-
(1)
Проведение измерения.
Если перед началом измерения мы передвинули вперед движки регу-
лировочных сопротивлений г, введя таким образом их максимальные со-
противления, то в дальнейшем мы регулируем эти сопротивления так,
чтобы ток I имел круглые значения, т. е. чтобы амперметр показывал
например ОДА, 1А или 10А. При этом величина тока должна быть такова,
чтобы милливольтметр V давал возможно большее отклонение; но изме-
22
ряемое сопротивление r.v должно при этом нагреваться током слишком
ильно. В гаком случае мы имеем то преимущество, что отклонение вольт-
' етра дает непосредственно числовую
при 7=0,1 Л, е = 10 mV = 0,01 V
имеем
соответственно при 7 = 0,1А, g=13
mV, имеем
й = °^3/ = о,132 ит.д.
Чтобы устранить влияние, возмож-
ных в схеме, термоэлектрических то-
ков, устройство снабжено переключа-
телями U. Переключая ток и напря-
величину сопротивления R, например
жение, получаем два значения для
напряжения ех и и берем среднее
“1“ ^2
g .= —- ю—дЛЯ вычисления сопро-
тивления R. Вычисление удельного
сопротивления следует производить
ние (4).
Фис. -3S. Приспособление для измере-
ния малых coupoiявлений по способу
амперметра и вольтметра фирмы Си-
менс и Гальске.
1К, как указано в § 14 уравне-
Примечание. Три сопротивления г снабжены неподвижными упорами не-
далеко от положения движка, соответствующего замыканию сопротивления нако-
ротко; таким образом исключается возможность перегрузки сопротивлений. Оба
малых реостата имеют ще положение размыкайия (г8иг, = м)
на противоположной стороне, третий — из тонкой проволоки — такового не имеет,
так что с его помощью может быть включнно около 55 2, когда движок стоит
впереди.
Посредством применения отдельных зажимов А и В для амперметра
и вольтметра устраняется влияние соединительных проводников и пере-
ходных сопротивлений в местах контакта.
23
Потребление тока вольтметром не превышает 0,01 А, потому им можно
совсем пренебречь.
Непосредственное включение, показанное на фиг. 40а, предусмотрен©
для сопротивлений более коротких размеров. Для стержнеобразных со-
противлений применяется особое зажимное приспособление; для этого
Фиг. 40b.
А
Фиг. 40а.
случая предусмотрены особые соединительные проводники, причем вклю-
чение производится так, как показано на фиг. 40b.
9. Поверка ваттметров на постоянном токе.
Ваттметры градуируются проще всего путем сравнения с точным
прибором. В этом случае катушки тока обоих приборов, поверяемого
и точного, включаются последовательно, а их цепи напряжения вклю-
чаются параллельно (фиг. 43), и показания приборов сравниваются между
собой.1 В качестве точного прибора может служить электродинамический
Фиг. 41. Электродинамиче-
ский ваттметр (внутреннее
устройство).
Фиг. 42. Электродинамический ваттметр фирмы
Сименс и Гальске.
ваттметр без железа. Такой ваттметр можно проградуировать постоянным
током, и он будет тогда в цепи переменного тока, показывать правильно
без всяких поправок, мощность переменного тока Р= V/costp.
(Индукционные ваттметры можно поверять только при пере-
менном тюке, потому что при постоянном токе они ие могут работать.)
1 Схема фиг. 43 пригодна только для поверки технических ваттметров. При
поверке точных приборов по этой схеме их собственное потребление мощности
снесет значительную погрешность в результаты.
24
Поверка с помощью точного амперметра и вольтметра.1 Чтобы
сберечь энергию при поверке ваттметров, и удобнее регулировать ток и
напряжение, цепь тока и цепь напряжения следует питать от различных
источников тока; цепь тока — от низкого напряжения (е), цепь напряже-
ния — от высокого напряжения (£) (фиг. 44). Этот способ носит название
способа фиктивной нагрузки. Источ-
ник тока А питает токовую цепь 5; < £1^ /
силу тока в ней можно регулиро- Т’-о-, «-<□-/ А ХА
вать реостатом она измеряется _________________1 j у у у
амперметром А\ посредством пере-
ключателя U можно менять направле- Фиг. 43. Поверка ваттметра сравнением
ине тока. Источник тока В питает с точным прибором,
цепь напряжения (s -{- г): напряже-
ние V можно регулировать посредством делителя напряжения это-
напряжение измеряется вольтметром V', направление тока в этой цепи
меняется посредством переключателя и (переключение направ-
ленного тока в обеих цепях является необходимым вследствие
Фиг. 44. Поверка ваттметра путем сравнения с точны'м амперме-
тром и вольтметром.
влияния магнитного земного поля, которое вызывает маленькое
ошибочное отклонение подвижной катушки). Уравнительный провод I
между точками а и b (не показанный на фиг. 44) гарантирует от поя-
вления опасной разности потенциалов между катушкой тока S и ка-
тушкой напряжения s ваттметра.
Проведение опыта.
Перед включением нужно ввести полностью сопро-
тивление и поставить делитель напряжения на
нуль. Выполнив это, мы устанавливаем номинальную величину напряже-
ния V (например 110 V) и поддерживаем данное напряжение постоянным,
а силу тока I изменяем от 0 до номинальной величины (например 5 А,
или обратно). Тогда мощность Р = V • I.
1 При особо томных измерениях ток и напряжение измеряются посредством
компенсационного аппарата (см. ниже).
25
Благодаря переключению, мы имеем два различные показания ваттметра:
_ а. -I- а-
ctj и а3. Среднее значение ——- соответствует действительному зна-
чению Рср отсчитанной мощности
Результаты опыта сводим в таблицу.
№ V I Pt р, Лр P—V- 1 / OTU
— V А W W W W W 0/ /0
Здесь Р= V’/-/—действительная величина, Рср—среднее показание
ваттметра, погрешность Д==Рср— Р. Погрешность относим к номи-
нальной величине Pn~In’ V,'i это есть произведение номинальных
величин тока и напряжения, обозначенных на шкале прибора; относи-
тельная погрешность выражается в процентах:
. 100%,
‘ п
Если прибор дает погрешность, вызываемую трением, то эту ошибку
мы можем устранить, постучав слегка пальцем по стеклу прибора.
Примечание. Ваттметры имеют по меныпей мере два предела измерений:
один предел для измерения тока и один для измерения напряжения. Переносные
точные ваттметры очень часто имеют номинальное потребление тока в цепи напря-
жения 30 mA (т. е. при 30 V сопротивления в цепи напряже ;ия 1 000 2). При из-
мерениях мощности в цепи переменного тока показания ваттметра должны быть
проверены при различных сдвигах фаз. Это выполняется обыкновенно после поверки
при постоянном токе, а у индукционных ваттметров — после поверки переменным
током при безиндукциоиной нагрузке. Различные сдвиги фаз переменного тока
устанавливаются например при номинальных значениях тока и напряжениях.Про:це
всего это осуществляется при помощи так называемого фазорегулятора или
-агрегата для поверок (см. § 38).
Вопрос для упражнения.
Как подсчитать множитель k в ваттах на одно деление шкалы (цену деления)
для любого предела измерений точного ваттметра, шкала которого не градуиро-
ван.! в ваттах, а только разбита на ряд делений (обычно 150 делений).
10. Поверка счетчика ваттчасов постоянного тока.
Мы предполагаем, что нашим читателям достаточно известно все самое
существенное о конструкции и принципах работы счетчиков.
Электродинамические счетчики основаны на принципе взаимодействия
двух проводников с токами, они напоминают по устройству шунтовые
электродвигатели постоянного тока.
Нагрузочный ток проходит через неподвижные токовые катушки,
создающие основное магнитное поле счетчика. В этом поле вращается
якорь, снабженный коллектором и щетками. Цепь якоря (напряжен-
26
ческа я цепь счетчика) снабжена добавочным сопротивлением и
включена под напряжение сети; таким образом ток в якоре пропорцио-
нален напряжению сети, а [вращающий момент, действующий на якорь,
пропорционален произведению нагрузочной силы тока на напряжение, т. е.
мощности, потребляемой в данной
нагрузке.
На фиг. 45 схематически изо-
бражено устройство электродина-
мического счетчика вгыгчасов по-
стоянного тока, а на фиг. 46 внеш-
ний вид (без кожуха) подобного
счетчика фирмы Сименс и Шуккерт.
Здесь; / — две катушки тока,
2— подвижная система (якорь),
состоящая из трех катушек якоря,
симметрично расположенных на
главной оси счетчика; в эти ка-
тушки через щетки 4 и коллек-
тор 3 поступает ток, пропорцио-
нальный напряжению сети, 3-
коллектор, 4 — щетки, 5 — вспо-
могательная катушка для создания
вспомогательного момента уравно-
вешивающего силы трения (так
называемый компенсатор
Фиг. 4G. Счетчик ваттчасов постоянного
тока фирмы Сименс-Шуккерт.
•Фиг. 45. Внутреннее соединение элек-
тродинамического счетчика ваттчасов.
трения), 6 — добавочное . сопротивление, 7—главйая ось счетчика,
8— тормозной диск, 9 — тормозной магнит, 10— задерживающий крю-
чок 11— червячная передача, с помощью которой приводится в движе-
ние счетный механизм, 12 — железный экран между измерительной си-
стемой и тормозным магнитом.
Показания счетчиков электрической энергии служат основанием для
крупйых денежных расчетов; по этой причине в большинстве стран су-
ществуют правила для счетчиков, имеющие силу закона. Эти правила
указывают величину наибольшей допустимой погрешности счетчика при
различных нагрузках, обязательные сроки периодической поверки, типы
27
счетчиков, допущенные к употреблению для денежных расчетов и т. д.
В СССР правила для счетчиков установлены Всесоюзным Институтом
Метрологии и Стандартизации (бывшая Главная Палата Мер и Весов).
Поверить счетчик по показаниям его счетного механизма трудно, так
как подобная поьерка требует очень большой затраты времени в осо-
бенности при малых нагрузках. По этой причине в отношении счетного
механизма мы в большинстве случаев ограничиваемся приближенной по-
веркой во время прогрева счетчика (см. ниже), а основную поверку ве-
дем по оборотам якоря („по диску*).
Для названной поверки мы пользуемся указанным на щитке счетчика
.градуированным числом, так называется число оборотов, которое должен
сделать якорь счетчика при расходе энергии в цепи измерения равном
kWh. На основании этого указания мы можем определить заводскую
постоянную счетчика С, — число единиц энергии соответствующее
одному обороту якоря счетчика.
Действительная „постоянная* счетчика Сэ несколько изменяется в
зависимости от нагрузки счетчика, даже новый счетчик не может быть
идеально точным, его работа характеризуется некоторой кривой по-
грешностей (фиг. 48 и фиг. 167) — графическим изображением
зависимости погрешности счетчика / от нагрузки счетчика током при
постоянном (обычно номинальном) напряжении. Погрешность счетчика
может быть определена из отношения
. 100% = 1) • юо%.
\ Сд /
Для идеально точного счетчика кривая погрешностей должна изоб-
ражаться прямой линией, совпадающей с осью абсцисс.
У счетчика, длительно находившегося в работе погрешность увеличи-
вается благодаря износу подпятников, щеток и т. п. и, наконец, иногда
благодаря ослаблению постоянного тормозного магнита. По этой причине
работающий счетчик должен подвергаться периодической поверке (в
СССР раз в 3 года), которая должна выяснить, пригоден ли счетчик в
дальнейшем для учета энергии илн он должен быть предварительно отре-
монтирован н отрегулирован.
К новому счетчику, выпускаемому с завода илн к счетчику отремон-
тированному в мастерской электростанции предъявляются более высокие
требования чем к счетчику уже работавшему на месте установки (см.
Правила для электрических счетчиков).
Контрольными приборами при поверке счетчика постоянного тока
служат точные вольтметр, амперметр и секундомер. (При поверке счет-
чика на месте установки все эти приборы заменяются контрольным
счетчиком); ваттметр, показанный на фиг. 47, для поверок счетчиков
постоянного тока обычно никогда не употребляется. Приборы для по-
верки соединяются по схеме фиг. 47, при чем токовая и напряженческая
цепи прибора питаются от двух отдельных источников тока, т. е. осу-
ществляется знакомая уже нам из опыта поверки ваттметров — схема
„фиктивной нагрузки".
Делается это как в целях экономии электрической энергии при по-
верке, так и в целях большего удобства независимой регулировки на-
28
пряжения и тока. Цепь тока измерительных приборов питается от источ-
ника, дающего достаточную силу тока при низком напряжении (6 вольт),
цепь напряжения от маленькой динамомашины или батареи аккумулято-
ров, дающей нужное напряжение, но рассчитанной только иа небольшую
нагрузку током.
Реостат служит для регулировки тока, реостат Rn включенный
по схеме делителя напряжения,
Для удобства отсчета оборотов
якоря на тормозном диске счет-
чика имеется отметка („пятно"
или „марка" счетчика).
Действительную постоянную
счетчика при поверке мы опре-
деляем из следующего уравнения
служит для регулирования напряжения.
Cd==---
п
WjS
обор.
Например: на
kWh. -Во время поверки
щитке
Фиг. 47. Схема поверки счетчика ваттчасов
постоянного тока.
счетчика указано 110 V, 3 А, 12000 оборотов
поддерживалось номинальное напряжение и ток
(т. е. 110 V и 3 А) причем диск счетчика сделал 70 оборотов за
63 сек. Определяем заводскую постоянную счетчика
с— 1 kWh,
12000 оборотов ’
1000* 3600 ваттсскунд W5S
Q —-____________________—-30Q.—
12000 оборотов обор.
и
V.l.t ПО-3-63 W.S
Сд =----=-----™------= 297
п 70 обор.
на основании чего
- г 100’/.=+1%
\с<> /
следовательно наш счетчик „спешит".
Поверка счетчика.. Необходимо, чтобы перед началом поверки части
счетчика приобрели температуру соответствующую нормальным рабочим
условиям. Для указанной цели нужно произвести предварительный про-
грев счетчика. Для прогрева устанавливаем по вольтметру на зажи-
мах напряженческой цепи счетчика при помощи реостата Rp номиналь-
ное напряжение и нагружаем его токрвую цепь 100’Д номинального
тока.
Прогрев должен продолжаться примерно 30 минут, мы используем
его для приближенной поверки счетчика по счетному механизму. Для
этой цели записываем показания счетного механизма в начале и в конце
прогрева, а также отмечаем время прогрева tv По показаниям счегиою
29
механизма, за время минут потребление энергии (в нашем случае фик-
тивное) равно киловаттчасов. Примерно эту же величину должно дать
произведение нз показаний вольтметра н амперметра, умноженное на
время (в минутах) и разделенное для перевода в киловаттчасы на
1000 и на 60, а именно:
A1 “ 1000-60
Фиг. 48. Кривая погрешностей,
кривая допустимых по герман-
ским правилам погрешностей и
кривая поправочного коэфициен-
та счетчика (d).
Во время прогрева счетчика мы можем также проверить правильность
передачи счетчика путем отсчета числа оборотов якоря, вызываю-
щих поворот первого ролика на одну
цифру.
Закончив прогрев счетчика мы выклю-
чаем ток, увеличиваем напряжение на 10°/„
выше номинального и следим за тем, не
имеет ли счетчик самохода, т. е. не
вращается ли якорь под действием только
одного напряжения, благодаря вспомога-
тельному моменту создаваемому компенса-
тором трения.
Убедившись в отсутствии самохода, мы
проверяем, достаточна ли чувств и тел ь-
ность счетчика. При номинальном на-
пряжении даем нагрузку током РД от
номинального и следим, вращается ли якорь
(нужно проследить не меньше одного п о л-
н о г о оборота).
Закончив эти предварительные опыты,
мы переходим к основной поверке счет-
чика, а именно к поверке по оборотам
диска. При этой поверке мы обычно нс вычисляем каждый раз по-
стоянную счетчика, а упрощаем поверку следующим способом. Про-
считываем предварительно на основании градуировочного числа учетчика,
какое число оборотов должен делать диск счетчика в одну минуту при
номинальной нагрузке.
В вышеприведенном примере номинальная мощность счетчика
110-3 = 330 W н слеювательно в минуту через измерительную си-
стему счетчика при номинальной нагрузке проходит энергия
kWh •
следовательно число оборотов счетчика в минуту при номинальном токе
будет 12000-0,055 = 66 оборотов. Округляем это число до 70 обори-
, 60 - 70 „ ,
тов, они должны быть сделаны диском счетчика в----------= 63,6 сек.
66
Это н есть tUd — промежуток времени, за которое идеально точный
счетчик сделает 70 оборотов.
Для опытного поверителя достаточна продолжительность отсчега
около одной минуты, но для неопытного нужен больший срок. Мы бе-
30
рем промежуток времени около 2-х минут, в нашем примере следова-
тельно, мы будем отсчитывать при 1ОО°/о нагрузки 140 оборотов. Им
соответствует время ^=127,2 сек. Отсчитываем 140 оборотов диска
и по точному секундомеру определяем действительное время, за ко-
торое диск счетчика сделал указанное число оборотов. Погрешность
счетчика будет
/='“Цлк.100«;о.
4(5
Нашей задачей в лаборатории является построение полной кривой
погрешностей счетчика, поэтому мы определяем f при 5, 10, 20 и т. д.
до 100% от I номинального.
У новых счетчиков, благодаря влиянию компенсатора трения при ма-
лых нагрузках кривая погрешностей загибается кверху, у старых, бла-
годаря повышенному трению книзу. На эту часть кривой погрешностей
мы можем воздействовать, передвигая катушку компенсатора трения. Всю
кривую погрешностей в целом мы можем сдвинуть вверх или вниз, пе-
редвигая постоянный магнит.
План работы.
1. Прогреть счетчик, поверить по счетному механизму и проверить
передаточное число.
2. Проверить отсутствие самохода у счетчика.
3. Проверить наличие достаточной чувствительности у счетчика.
4. Снять полную кривую погрешностей счетчика при нагрузках от
5 до 100% от I номинального. Построить графически эту кривую.
5. Определить заводскую и действительную постоянную счетчика,
6. Измерить сопротивление обоих цепей счетчика при помощи мо-
стика Уитстона.
Вопросы для упражненвя.
1. Каково назначение задерживающего крючка?
2. Можно ли помещать контрольные приборы во время поверки рядом со
счетчиком?
3, Почему при малых нагрузках поворот счетчика на 180° может вызвать
значительное изменение его показании?
11. Измерение сопротивлений путем сравнения падений напряжения.
Этот способ применим для измерения .малых сопротивлений, он напо-
минает мостик Томсона и может рассматриваться в некотором смысле
как предварительный опыт. Мы измеряем по этому способу сопротивле-
ния шунгов амперметров (тепловых и магнитоэлектрических) илн шунтов
для катушек тока, регистрирующих электродинамических ваттметров по-
стоянного тока, счетчиков постоянного тока и др.
С помощью регулировочного сопротивления г мы поддерживаем по-
стоянной силу тока 7, который берем от аккумуляторной батареи Е низ-
кого напряжения и достаточной емкости. Ток I последовательно прохо-
дит через нормальное сопротивление (например 0,01 2 или 0,001 2)
и неизвестное измеряемое сопротивление Rx.
31
Переключатель U позволяет включать попеременно чувствительный
стрелочный гальванометр G параллельно сопротивлению Rn или Rx. В
этих сопротивлениях ток I создает падения напряжения vn = I-Rn и
R.
В зависимости от величины Rn и Rx падение напряжения вызывает
в гальванометре большую или меньшую силу тока г; благодаря большой
величине сопротивления R мы поддерживаем этот ток настолько малым,
Фиг. 49. Нормальное (образцовое) сопро-
тивление.
что нм можно пренебречь по сра-
внению с /.
Отклонения а, стрелки гальва-
нометра G, прн положениях пере-
ключателя а и Ь, относятся как
токи в гальванометре in и ix, а
эти последние — как падения на-
пряжений vn и vx, т. е. имеем:
v*___I • Rx___
ч, ~ /"• — '
Фиг. 50. Шунт для амперметра
(2 000 А).
2сли ток / при переключении не
нении он сокращается и получаем:
изменил своей величины, то в урав-
Rv
— или Rx — R • — .
Для того чтобы определить искомое сопротивление Rx, нам доста-
точно умножить отношение отклонений на известную величину нормаль-
ного сопротивления Rn. *'
П р и м е ч а н и е. Нормальное сопротивление мы выбираем возможно более
близким ио велит не к измеряемому сопротивлению для того, чтобы отклонения
были по возможности равны. Иначе не исключены ошибки в измерении, так как
чувствительность гальванометра (см. ниже) не одинакова во всех точках шкалы.
По этой же причине мы выбираем такое включение, при котором отклонения на-
правлены в одну сторону. Отклонения пе должны быть также слишком малы, что
может быть достигнуто соответствующим выбором I или г и Е. Чтобы устранить
ошибки от переходных сопротивлений, нормальные сопротивления и шунты снаб-
жаются не двумя, а четырьмя зажимами, нз которых внешние обычно служат для
включения тока, а внутренние для измерения падения напряжения, т. е. для вклю-
чения измерительных приборов.
32
Проведение опыта.
Для того чтоб’,] получить доснггочно большие отклонения гальвано-
метра, слечтед при очень малых сопротивлениях применять большую силу
тока, а при не столь малых сопротивлениях — меньшую. При этом нельзя
ни в коем случае перегружать нормальное сопротивление (обычно допу-
стимая нагрузка нормальных сопротивлений 1 W в воздухе и 10 W в
керосиновой ванне). При измерении со-
противлений, величина которых изменяется
с температурой, следует пользоваться ра-
бочей силой тока. В практике подобные
сопротивления (катуьчки тока измеритель-
ных приборов, обмотки машин н аппара-
тов) измеряются часто на основании за-
ФЬг. 51. Схема для измере-
ния сопротивления по спо*
Собу сравнения.
кона Ома (см. выше). Каждое измерение следует производить трн раз^
причем кроме высшего допустимого значения силы тока измерение со-
противления Rx следует произвести еще при двух средних значениях
силы тока. Результаты опыта следует свести в таблицу.
Надо измерить. Сопротивления четырех круглых проволок, около
1 м длины, и ф d мм-, I следует измерить масштабом, d — микроме-
тром. Если q— поперечное сечение измерено в квадратных миллиме-
трах, то по величине,можно определить удельное сопротивление:
и указать предположительно, нз какого материала «сделано измеренное
сопротивление. (При этом величину сопротивления следует отнести к 20° С,
см. стр. 52).
вопросы для.упражнения.
1. Как определить наибольшую допустимую силу тока по величине нормаль-
ного сопротивления Rn н допустимой нагрузке Рю=1 W в воздухе й 10 W и
керосиновой ванне?
3 К. Грув. Лабораторные намерешая до .электротехнике. 33
2. Почему нежелательно применение шунтов для электромагнитных и электро-
динамических измерительных приборов?
3. Почему сопротивление в керосиновой ванне может быть нагружено в 10 раз
больше, чем в воздухе.
4. Из какого материала изготовляются нормальные сопротивления?
№ / ап ах R„ Rx d I p Материал
— А мм ММ 2 Q мм a M —
12. Испытание изоляции.
Очень большие Сопротивления в несколько мегом, t каковыми при-
ходится иметь дедо при исследовании изолирующих материалов, испыта-
Фиг. 53. Эталонное сопротивление для измерений изоляции.
Фиг. 54. Включение
для измерения изо-
ляции.
нии изоляции воздушных проводок, кабелей или приборов и машин,
измеряются не посредством мостиков, а посредством сравнения с извест-
ным сопротивлением.
На фиг. 54 батарея Е (например, в 110 V) дает ток (ini ix) через
известное сопротивление например, равное 100000 2, или черёз со-
противление изоляции Rx, которое должно быть измерено путем сравне-
ния отклонений ап (<хл) гальванометра.1
1 Так как токи при этом измерении очень малы, то обычно применяются зер-’
кальные гальванометры.
Токи будут таковы:
или
1 _ Ух
Rx
(1)
(2)
Здесь in (Q означает ток в А, через сопротивление /?, Vn —
напряжение в V, Rn (R^— включенное сопротивление, ая (aj — соот-
ветствующие in (/г) отклонения гальванометра, kn (Ах) — коэфициент
шунтирования гальванометра (шунтом N), с — чувствительность гальвано-
метра при включении штепселя шунта А = 1 : 1 (см. стр. 43).
Мы полагаем, что все сопротивления, кроме Rn и Rx, входящие в
нашу цепь тока (сопротивление гальванометра, сопротивления соедини-
тельных проводников), настолько малы по сравнению с Rn (или /?х), что
ими можно пренебречь, и мы считаем, что все сопротивление нашей цепи
R равно Rn или Rx.
Разделим уравнение (2) на уравнение (1), и так как с сократится, то
получим
откуда
или
причем
v„ 7г/
За)
(ЗЬ)
План работы.
Итак измерение изоляции делится на две части.
1. При различных, относительно низких напряжениях Уп (например,
20 —100 V), создающих в известном сопротивлении /?л=10;’2 силу
тока in, отсчитываем соответствующие им отклонения ая, при коэфи-
цненте шунтирования kn гальванометра. Эги данные сводим в таблицу 1
и подсчитываем отсюда среднее значение согласно уравнению (36).
2. Затем включаем измеряемое сопротивление изоляции под напря-
жение У* и наблюдаем при коэфициенте шунтирования kx соответствую-
щие отклонения а¥ гальванометра.
При помощи найденного из таблицы 1 среднего значения k вычи-
сляем среднее значение Rx по уравнению (За).
Таким способом измерить:
1. Сопротивление изоляции домовой осветительной сети.
2. Сопротивление изоляции трансформатора:
а) между первичной и вторичной обмотками,
ъ Ь} между первичной обмоткой и корпусом,
с) между вторичной обмотком и корпусом.
3. Сопротивление изоляции антенны.
4. Сопротивление изоляции:
а) Стеклянной пластины,
Ь) пластины пресшпана,
с) деревянной пластины.
Для определения сопротивления изоляции пластины следует упо-
треблять особое зажимное приспособление для пластины с прокладкой из
листов станиоля
Если F—испытуемое сечение пробы в см\ I — длина пути тока I в
изолирующем материале в сантиметрах, d — диаметр пути тоже в санти-
метрах, то для измеренного сопротивления изоляции Rx в омах:
d-к F
F=—-~ см1 и р = R • 2 см.
4 I
При всех измерениях следует обращать особое внимание на безуко-
частей; это тем важнее, чем выше испыта-
тельное напряжение V. Соединительные про-
водники должны висеть свободно. Перед галь-
ванометром следует включить нажимной ключ
D, к металлической части которого нельзя
ризненную изоляцию всех
Фиг. 55. Зажимное приспосо-
бление для изоляционных
пластин.
прикасаться пальцами.
Каждое измерение следует начинать при
самом низком коэфициенте -i-, т. е. при наи-
меньшей чувствительности гальванометра. В
случае плохой изоляции испытательной уста-
новки (или во время сырой погоды) в галь-
ванометре могут возникнуть посторонние токи, которые могут сильно
понизить точность измерения.
13. Места повреждения линий и сопротивления заземлений.
а) Места повреждений. Если в кабеле или на линии (на фиг. 57,
напримёр на линии ДД' В'В) произошло замыкание на землю, то место
повреждения изоляции может быть найдено по принципу мостика Уитс-
тона. Полагаем при этом, что сами медные провода еще не повреждены,
сохранили приблизительно одинаковое по всей длине линии сечение и
обладают одним и тем же удельным сопротивлением.
1 W. De mu th. „Die Materialpriifung her IsoHersto.fe*, Berlin, Julius Springer,
36
Способ состоит в следующем: накоротко замыкаем концы А' и В',
а свободные концы А и В включаем в мостик к С и D.
Батарея V включена (через землю) между местом повреждения F
и щтенсеаьным компактом /(, который можно перемещать по точному
сопротивлению CD. Контакт К делит это сопротивление на вони rt
и г4; между С и D включен гальванометр с защитным сопротивлением
Rb. К нужно пересгавляль до тех пор, пока отклонение гальванометра
не будет равно нулю. Тогда для длины проводов AF и BF получим
отношение
AF___г3
~BF~?7
например, при rJ = 40 2, r4=-400 Q, AF^IQBF.
Фиг. 56, Штепсельный
мостик для нахождения
места повреждения.
Фиг. 57. Включение для определения места
повреждения.
При известной длине кабеля ЛВ = 220 м имеем 10 BF BF ~
220
= 11ВЛ=220 м, или ВЛ = -1у = 20 лг; ЛЛ=200 м. Поврежде-
ние / находится следовательно иа расстоянии 20 м от В.
Для проверки можно еще замкнуть накоротко концы А и В, а концы
А'В' включить к мостику CD и повторить измерение.
Ь) Сопротивление заземлений. Эти сопротивления можно
измерять например при помощи измерительного мостика Коль-
рауша (см. стр. 15). Испытуемое сопротивление Rx определяется извест-
ным способом при помощи мостика
R*=^-Rn=b-R',
причем значение k Нанесено на шкале мостика Кольрауша (фиг. 24);
шкала мостика дает непосредственное значение отношения Ц •.!* = &.
Для того чтобы измерить сопротивление одного заземления надо
располагать не меньше чем тремя отдельными заземлениями. В боль-
шинстве случаев это одно испытуемое заземление (заземление громоот-
вода, вторичных обмоток измерительных трансформаторов, железных
/
37
конструкций распределительного щита, радиоприемника и т. л) и два
вспомогательных заземления; последними могут служить например две
железные трубы, вколоченные достаточно глубоко в землю. Иногда
в качестве вспомогательного заземления можно воспользоваться водопро-
водом пли газопроводом.
Чтобы определить сопротивление отдельного заземления нужно про-
извести с помощью мостика всего три измерения, именно:
Фиг. 58. Схема измерения со-
противлений заземлений.
RXi между 3 и Е = х2-^-х3.
причем х,, х, и хл— отдельные сопроти-
вления заземлений .между зажимами Е, F и
С и землей. Например для трех найденных
путем измерения значений:
Rx =9,5 2,
₽Л = 2,4 3,
^ = 7,75 3,
.< дкм, что
Xj = 0,32 2,
х2=7,43 2,
х3 = 2,08 2.
Эти значения находим посредством исключения одного неизвестного
х из двух уравнений и решения совместно с третьим уравнением но-
вого уравнения; получим:
XiH-x2 = 7,75 2
х24-х;= 9,50 2
х.. + х]= 2,40 2
Фиг. 60. Проволочный мостик
для определения места повре-
ждения, фирмы Сименс и Галь-
ске.
Фи . 5й Схематическое
изображение вк- точения
заземлений.
Если вычтем из уравнения
(1) уравнение (2), то получнм
Xj — х3 = — 1,75 2
х3 х, = 2,4 2
2Xj = бдГ52
(3)
Отсюда и из уравнения (1) будет х, = 7,75 — х} = 7,75 — 0,32 =
= 7,43 и из уравнения (3) х3 = 2,4 — Xj = 2,4 — 0,32 = 2,08 2.
Вопросы для упражнения.
I. Почему измерение со 1ро1ив.тчшя заземления и оппс юление места повре-
ждения пзолгии'п роком; п \'.чся произнидии, с помощью мистика питаемого нерс-
менш<;.| током?
2. Какие практическое значение nicer перии.шьсск.чя проверка сопротивления
заземления громиитгоча5
8, Дтя чего нужен постоянный контрол; с.'Стояния заземления в электрома-
шинных помещениях, на распределительных шп.ах и т. п.
14 Гальванометр.
В измерительных устройствах, проводящих очень слабые токи, при
работе по нулевому методу, как например в mocieks Уитстона и т. д,,
употребляются очень чувствительные измеритель-
ные приборы — гальванометры.
кой и зеркальные. И тс и другие при-
надлежат к типу гальванометров с катушкой,
вращающейся между полюсами постоянного маг-
нита (магнитоэлектрические приборы). Зеркаль-
ные гальванометры значительно чувствительнее.
Большая чувс гвп геяьпость
гальванометров достигается бла-
годаря применению очень слабых
механических противодейсгвую-
' щих сил (подвешивание на нити
вместо спиральных пружин) и
легкости подвижной системы.
Гальванометры могут употреб-
ляться для измерения сла-
бых, длительно прохо-
дящих токов (подобно ам-
перметрам); тогда их ' чу вс т-
Фиг. 62. Зеркальный галь-
ванометр в разрезе.
Фиг, 61. .Зер-
кальный галь-
ванометр. Вне-
шний внд.
дет определяться в mA (или
1*А) на одно деление шка-
лы. .(От чувствительности сле-
дует отличать, точность пове-
ряемых измерительных прибо-
ров со стрелкой!) Посредством
шунтов можно расширить пре-
делы измерения тока. Путем включения сопротивлений гальванометр может
быть приспособлен для измерения напряжений; тогда его чу.вствитель-
, ность к напряжению будет определяться в mV (или ^V) на од-
но деление шкалы. 1 > f
Если гальванометры служат для измерения быстро протекающих
токову например для измерения количеств электричества заряженных
конденсаторовили , надуктированяых токрв, -то вес их подвижной Си-
стемы Д'Ояжей б'Ыть -увеличен (ниаче нет никакой пропорциональ-
ности ме^г^г^оТклфенияИи гальванометра и измеряемой величиной). Такие
’ , 1 ' за
гальванометры называются баллистическими и их баллистиче-
ская чувствительность будет определяться в кулонах на
одно деление шкалы. Если же гальванометры служат для измерения
переменных токов, то вес н момент инерции их подвижной системы
должны быть очень малы. Их подвижная система в этом случае вибри-
рует, почему такого рода гальванометры и называются вибрацион-
ными (см. ниже § 29).
Определение чувствительности к току (длительный ток). Вклю-
чение. Включаем делитель напряжения Т под напряжение Е аккумуля-
тора так, чтобы можно было менять V. Напряжение V посылает в нашу
установку ток I, который измеряется точным прибором N.
Гальванометр соединен последовательно с так называемым критическим
сопротивлением Rg и включен к концам калиброванной проволоки ABt
на которую в точках В н С действует напряжение. Короткозамыка-
тель К служит для того, чтобы быстро останавливать колебания подвиж-
ной системы гальванометра. Общее сопротивление цепи гальванометра
ABQR.g остается дальше во все время опыта постоянным.
Проведение опыта.
1. Сначала (в зеркальных гальванометрах) устанавливаем оптическое
приспособление для отсчета таким образом, чтобы при отклонениях в обоих
направлениях было удобно отсчитывать по шкале и чтобы эти отклоне-
ния были равны, т. е. чтобы при
нулевом положении подвижной си-
стемы гальванометра шкала стояла
перпендикулярно направлению лу-
ча света. Эта установка для от-
счета в дальнейшем не должна
менять положения в течение все-
го опыта.
Установка известного, более
старого оптического приспособ-
Фиг. 63. Включение для градуирования лення (фиг. 64) (так называемого
гальванометра. приспособления для субъ-
ективного отсчета) может
быть' произведена следующим образом: сначала устанавливаем середину
шкалы приблизительно на расстоянии 1 м от зеркала гальванометра (точ-
ность до 1 мм несущественна). Затем выясняем, можно тш разглядеть бе-
лую поверхность шкалы в зеркале гальванометра невооруженным глазом,
поставив глаз на уровне подзорной трубы. Если это невозможно, то пе-
редвигаем шкалу соответственно вверх или вниз; если же и это не по-
могает, то значит поверхность зеркала не перпендикулярна к осн под-
зорной трубы. Надо установить правильно зеркальце либо путем вра-
щения подвижной системы гальванометра, либо самого гальванометра
(Осторожно, нитяной подвес!).
Если, как описано выше, можно увидеть в зеркале простым глазом
поверхность шкалы, то деления идеалы (предполагая плоское зер-
кало) можно рассмотреть также через подзорную трубу. Если же
это не удается то нужно навести подзорную трубу на фокус, чтобы
цифры и деления шкалы были ясно и отчетливо видны.
40
Фиг. 64. Оптическое приспособление для
отсчета к зеркальному гальванометру.
Затем смотрим, совпадает ли среднее деление шкалы (обычно 25 или 50)
с крестом из тонких нитей в окуляре подзорной трубы; в противном
случае вращаем грубу с помощью сослвстствующего приспособления, пока
нс осуществим э:о условие. Если этих приспособлений недостаточно или
если средняя часть шкалы осве-
щена неравномерно, то приходи!ся
осюрожно перемещать всю шкалу
вместе со штатш-.ом до тех пор,
пока середина шкалы нс займет
правильного положения по отно-
шению к кресту из нитей в трубе
и освещению; во время этого дви-
жения нужно внимательно следить
за отраженном шкалы. По окон-
чании установки необходимо еще
раз проверить остроту оптической
наводки трубы, Это оптическое
приспособление (фиг. 64) имеет
тот недостаток, ч го несколько
наблюдателей не могут
одновременно следить через
подзорную трубу за отклонен
ниями по шкале. 1
В этом отношении удобнее оптическое приспособление (фиг. 65),
у которого луч света от маленького фонаря падает на зеркало и отра-
жается от последнего в виде светлой полосы на шкалу (приспособ-
ление для объективного отсчета). В%таком случае несколько
наблюдателей могут одновременно следить за его отклонениями, подобно
тому как это имеет место в оптических приспособлениях для аудиторий.
> 2. Определение критического сопротивления. Замкнув
s даем гальванометру отклонение средней величины н затем наблюдаем,
как бьрггро. гальванометр вернется в положение покоя после выключения
тока. Сопротивлению Rg даем последовательно ряд значений, как напри-
мер О Q, 4002,500 2, 1000 2 и т. д. Мы считаем критическим сопро-
. • / • " S' ' . ~ ’ • «,
-явлением* ту величину сопротивления Ps, при которой гальванометр ие
дает больше периодических колебаний (но и не останавливается, не дойдя
до нуля, как это может иметь место, например при равном нулю).
Конечно эта установка без колебаний зависит несколько и от внешних
сопротивлений, которые включаются при дальнейших измерениях (внеш-
нее критическое сопротивление!).
3. Определение чувствительности. Устанавливаем некото-
рую определенную силу тока 7, примерно равную силе тока, подлежащей
измерению. Этот ток соответствует средней точке Р градуировочной кри-
вой фиг. 66. Затем устанавливаем скользящий контакт С (фиг. 63) на
Д — В так, чтобы гальванометр дал подходящее, не слишком большое
и не слишком малое, отклонение а. Чувствительность гальванометра
тогда, при расстоянии шкалы в 1000 мм, определится следующим образом:
а ’
например при а=100 делений шкалы {мм\ 7= 10mA
-в’в* Д = 0,0001 к/мм = Ъ, 1 mA/жж,
100 мм
т. е. па одно деление шкалы.
Градуировочную точку Р нужно выбирать так, чтобы погрешности
вверх и вниз от этой точки были примерно равны по величине. ‘
Фиг. 66. Градуировочная кривая
•гальванометра.
4. Получение кривой по-
грешностей. Отклонения гальвано-
метра не вполне пропорцио-
нальны току I; только в точке Р,
которой мы воспользовались для опре-
деления чувствительности, кри-
вая погрешностей пересекает прямую G
ввиду того, что мы эту точку взяли зд
основу для градуирования. Вверх н вниз
от точки Р отклонение от пропорцио-
нальности соответственно больше или
меньше.
Для получения кривой погрешно-
стей мы оставляем скользящий кон-
такт С на месте и изменяем I посредством регулирования V делителем
напряжения, затем находим соответствующие значения a— f^l) и строим
по этим данным соответствующую кривую,-а затем и кривую погрешно-
стей /=Д(а) (фнг. 66).
Определение чувствительности к напряжению. Опа определяется
по тому же способу, как и чувствительность к току. Нужно только за-
менить точный прибор А сопротивлением р и, пользуясь точным вольт-
метром, включенным к V (фиг. 63), установить известное напряжение V,
приблизительно равное напряжению, измеряемому позднее. Далее нужно
поступать так же, как при измерениях 1—4.
1 Собственно сопротивление цепи гальванометра AB(jQs следует па<ыи:.ц,
.внутренним критическим сопротивлением*.
42
Следует определи гь Ч¥зсгг.н:и.1ьность к напряжению как
Г
с== в вольтах на Mn.i.iHMeip,
т.-е. на одно деление шкалы.
Примечание. Зеркмьныс гальваиометэы мтут быть настолько чувстви-
тельны, чти проезжающие вблизи П) улице трамваи могут вызвать действием маг-
нитного поля отклонения гальванометров. Чтобы устра-
нить влияние внешних магнитных нолей (земное поле
или другие поля постоянной силы), гальванометры за-
ключают в железный футляр, „в плшырь* — отсюда и
название панцирный гальванометр (фиг. 67).
Против механических сотрясений измерительный при-
бор можно предохранить установкой его на неподвиж-
ном цоколе, например на стене; в особых случаях удобно
применять также свободный от,сотря< ений подвес, так на-
зываемый подвес Юлиуса (фиг. 68).
Причиной ошибочных измерений мо:ут
явиться также термоэлектрические силы, воз-
никающие при сопрпконсовении различных металличе-
ских проводников, составляющих цепь.
Следует избегать и переходных сопротивлений кон-
тактов в цепях, включенных параллельно- гальванометру.
Шунты к зеркальным гальванометрам часто вклю-
чаются так, как показано на фиг. 69, причем Rg ранни
критическому сопротивлению. Так как при изменении чув-
ствительности сопротивление цепи
гальванометра остается неизменным,
то, вследствие такого включения! за-
тухание к лобаний в цепи гальвано-
метра постоянно.
При помощи штепселя (или ры-
чага) можно изменять точку С, в ко-
торой ответвляется ток, и можно та-
ким образом легко менять чувстви-
тельность гальванометра.
У отверстий для штепселя обо-
значены множители ^например ,
ю ’ Тоб ’ Тббо ’ кГббб) ’ кот°Рые
указывают степени чувствительности.
Если например мы вставим штепсель
в = то это будет значить,что.
при таком положении штепселя в из-
меряемой цепи (фиг. 69; Проходит
ток, в 100 раз больший, чем при
одинаковом отклонении гальваномет-
Фиг. 67. Паяцыр-
иый гальванометр,
видимый сквозь
данцырь (.фото-
графия фантом*).
Фиг. 68. Свободный от
сотрясения подвес
'Юлиуса.
ра л включении штепселй & = —. Тогда . величина тока будет определяться как
1 1
Л=К. а -г-. Соответственно этому чувствительность к напряжению будет И=
1 *
• ‘--3<дан-ие. Нужно определить чувствительность к току, и если воз-
MOBtHOj то. ц чувствительность к напряжению, по меньшей мере для пре-
;веяоВ Йам§реНия: 0,01и 0,1 в mA/мм или xrN/мм.
Пост^Шть- па. МйнИым опыта кривую погрешностей f=//а).
Вопросы для упражнения.
1. Как велико потребление тока гальванометром (фиг. 69) на одно деление
шкалы?
(rg= 100 2, Rs= 100 2 при /== 10mA и k = ~ ?)
2. Как действует короткозамыкатель К, показанный на фиг. 63?
измерение
Фиг. 69. Схема соединения
шунта для гальванометра,
Фиг. 70. Шунты для гальванометра; а — ры-
чажный; b — штепсельный.
’ 15. Мостик Томсона.
Мостик Томсона годен для измерения очень малых сопротивлений,
приблизительно меньше 1 2. Можно считать, что он: представляет собой
развитие метода измерения сопротивлений путем сравнения падений на-
пряжения (см. стр. 31).
Принцип измерения и включение. Ток / от аккумуляторной батареи
У низкого напряжения н достаточной емкости поддерживается постоян-
ным при помощи регулировочного сопротивления R, Он последовательно
протекает через нормальное сопротивление Rn (равное например 0,001 2)
и через неизвестное измеряемое сопротивление Rx.
Чувствительный стрелочный гальванометр О (фиг. 71 и 52) включен,
с одной стороны, через сопротивления ш и п к нормальному сопротивле-
нию Rn, с другой стороны, через сопротивления о и р он включен к изме-
ряемому сопротивлению Rx. Будем изменять сопротивления т, п, о н
р в измерительных ветвях мостика, добиваясь того, чтобы гальванометр
не показывал, отклонений. Последнее возможно в том случае, если оба
зажима гальванометра ct и обладают одинаковым потенциалом. Для
отклонения гальванометра а = 0 нужно, чтобы падение .напряжения от
точки А через т до было равно падению напряжения па участке Rn
и /г; точно так же, чтобы падение напряжения па участке ctpB равня-
лось таковому же на участке c^GRxB, т. е.
/•/?„ + ♦ n = i1 • т,
илн
I-Rn = • т — . п‘,
и .
р,
или
[Rx = il • р — i^o
44
Разделив оба уравнения одно на другое, получим при постоянном /
/?п tj • т — /2 • п
Для того чтобы исключить в формуле токи i в измерительных ветвях,
выбираем
р — о и т — п, т. е. —- = —,
tn п
таким образом при а = 0 в гальванометре имеем в мостике:
/?„ И1 п '
ИЛИ fix = fin
(1)
Фиг. 71. Схема соединений
мостика Томсоиа.
„ Р О
Если теперь при определенном отношении сопротивлений —— мы,
регулируя, введем такую величину известного со- п
противления /?л, чтобы в гальванометре ток от-
сутствовал (а=0), то уравнение (1) действи-
тельно и неизвестное сопротивление легко
вычисляется. Можно поступить иначе: включим
известное „нормальное" сопротивление опреде-
ленной величины Rn и будем, сохраняя равен-
„ р о
ство отношений ~ = -- , регулировать сопро-
тивления ветвей т, п, о и р до тех пор, пока
а = 0, а затем, пользуясь уравнением (1), вы-
числим Rx.
Примечание. Мостик Томсопа часто называ-
ется двойным мостиком. Если отбросить мыслен-
но например ветвь п —о и включить гальванометр
вместо с.2 к с3, то получится простой мостик Унтсп на с
четырехугольником сопротивлений Rx, т и р. Но
невозможно включить гальванометр точно к точке св,
которая делит проводник, соединяющий Rn с Rx в от-
ношении Rn.Rx (сопротивление этого соединитель-
ного проводника имеет большое значение при изме-
рении малых сопротивлений); по этой причине доба-
влена вторая ветвь мостика п, о, и гальванометр вклю-
чен к Со, что после выравнивания сопротивлений равносильно включению к ct.
В наших рассуждениях выше мы пренебрегли влиянием сопротивле-
ния соединительного проводника между измеряемым и образцовым сопро-
тивлениями, однако оно может оказывать некоторое влияние на точность
измерения. Рассмотрим принципиальную схему мостика в виде, показанном
иа фиг. 72 (па этом рисунке обозначения плеч отличны от фиг. 71). Здесь d
обозначает переходное сопротивление между измеряемым сопротивлением Rx
и известным образцовым сопротивлением Rn. •
- Рассмотрим несколько подробнее уравнение мостика для этой схемы,
обозначив ток в р через ilf так в т через /2 и ток в d через id.
При равновесии мостика
= -т + ((, + <<,)/?„
И
. о == /, • п г + id)
Так как
id mA-п , . m \ n
i.-j d ‘d
на основании чего
/ d 4- tn -4- n _ \
= 4-------j -
. ! . dA m-\-n л \
° = ‘f « + —->“ - -«J-
d /
Разделим первое уравнение на второе
р tn • d -|- (d -1- m 4- n) • Rn
о n d 4- (d -|- m -j- «) • Rx ’
откуда
n o о d ( о
Rr — Rn • - - -3-1-----г— • • m — n,
. p d m 4- n \ p /
или окончалель?! '
<L^d. " Г-Ч. (la)
p p tn n 4- d \ n о )
7
r< M P
Если мы положим т^рнп— о, то получим-- — — , и поправоч-
ный коэфициент / будет равен нулю, т. е. сопротивления соединительных
проводников d выпадают из расчета, и мы получаем уравнение
«х = «„- ° =«„ • " . (2)
х п р п tn. v ’
как и в мостике Уитстона.
Но так как невозможно уравнять идеально точно сопротивления tn
и п, равно как и п и о, то следовательно нельзя совсем пренебречь со-
противлением d соединительного проводника (фиг. 72 и 73) между Rx и Rn,
и нужно, чтобы это сопротивление было возможно меньше.
Во многих случаях практики нет необходимости н специально изго-
товленном мостике; он просто составляется из отдельных частей — мага-
зинов сопротивлений. В качестве Rn можно воспользоваться подходящим
постоянным образцовым сопротивлением и отрегулировать отношения плеч
мостика т : п так, чтобы а=0.
Проволочный мостик Томсона. Наиболее простую конструктивную
форму представляет собой проволочный мостик Томсона. Схема такого
мостика дана на фиг. 73.
Образцовое регулируемое сопротивление Rn в этом мостике может
изменяться в пределах до 0,01 путем передвижения одного скользящего
контакта. Оно представляет собой калиброванную проволоку, расположен-
ную по окружности деревянного круга между точками о и На назван-
ном кругу помещены и сопротивления отдельных ветвей т, п, о и р.
46
Скользящий контакт выполнен в внле колесика из платины; его поло-
жение на измерительной проволоке D определяет величину Rn.
Зажимы для включения k, х и g расположены один подле другого.
Длина d от о до а должна быть по возможности невелика; соединится; -
ные проводники между зажимами х, b и Ь' должны быть короткими и
толстыми. Для измерения сопротивлений, имеющих форму стержней, удобд)
зажимное-приспособление, псказанное hi фиг. 73; в нем для устранен г.;
влияния переходных сопротш лений контактов зажимы для подвода тока
а и а’ отделены, и для получения падения напряжения на мостик служат
ножн b и Ь', ограничивающие определенную длину х измеряемого сопро-
тивления (например 1 м). При измерите щной проволоке (т. е образцовом
сопротивлении), обладающей со-
противлением в 0,01 2, предел
измерений мостика от 0,1 до
1 • 10 а2; если снабдить при-
бор проволокой в 0,1 2, то при
одинаковой чувствительности
Фиг. 73. Устройство мостика Томсона
(фиг. 77).
Фиг. 72. Основная схема включе-
ния мостика Томсона (фиг. 73 и 77).
получается предел измерений от 1 до 1 • 10~5 2. Точность измерения до-
стигает 0,2%.
Переключатель U на фиг. 73 служит, как и в последующих конструк-
циях, для изменения направления тока, для устранения влияния термо-
электрических токов. Цепь главного тока мостика фиг. 73 может на ко-
роткое время быть нагружена током до 20 А.
При измерении этим мостиком сопротивления tn, ft., о и р подбираются
в отношении — = — так, чтобы при отклонении гальванометра, равном
п о
нулю, часть измерительной проволоки, представляющая собой сопроти-
вление Rn — ое, была по возможности больше.
Так как сопротивления ветвей имеют значения, представляющие сте-
пени числа 10 (100, 1 000, 10 000 и т. д.) и деления на измерительной
проволоке обозначают сопротивления % в международных омах, то цифро-
вое значение сопротивления Rx численно равно отсчитанному значению Rn
tn р • и
и посредством отношения — = —. определяется только место запятой
47
в десятичной дроби. Если не удается ни путем изменения соотношения
сопротивлений в ветвях, ни передвижением ролика скользящего контакта е
привести отклонения гальванометра к нулю, то следовательно измеряемое
сопротивление Rx лежит вне пределов измерения данного мосгика.
Схема другой конструкции проволочного мостика дана на фиг. 74, а
чертеж на фиг. 75. Здесь измеряемое сопротивление зажимается между
ножами Sj и $2, затем, при помощи штепселей, включаются Сопротивле-
ния т — п и о~р> после чего нужно передвигать подвижные контакты
Sj и s,2 по измерительной проволоке мосгика, имеющей длину 1000 мм,
до тех пор, пока ток в гальванометре не исчезнет. Измерительная про-
волока ab хорошо калибровала (т. е. обладает по всей длине ciporo равно-
мерным сечением, а следовательно и сопротивлением), она изготовлена
так, что каждому миллиметру ее длины соответствует постоянная вели-
чина сопротивления £ = 0,0001 2.
Фиг. 75. Конструкция и схема включения проволочного мостика Томсона.
Еспи после уравновепшваия мостика число миллиметров между но-
жами Sj и s2 равно z, то нормальное сопротивление будет
Rn = £ • z = 0,0001 • z.
Уравнение (1) будет тогда
А П т ЯП
или
₽ =0,0031 • г.-С = 0,0001 (2а)
. т т п
48
Ввиду возможной неоднородности измерительной проволоки, измере-
ние повторяется 3 раза; в начале, пи середине и в конце мостика. Огноше-
р
кие —— =
т
о
- выоирастся таким
и
жами А не были слишком ма-
ло, не меньше 2 л’м, и не слиш-
ком велико, для того чтобы
можно было произвести не-
сколько контрольных измерений.
На фиг. 74 w представляет
собой шунтирующее сопротив-
ление, служащее для того, что-
бы выравнять общее сопротив-
ление проволоки мостика, т. е.
сопротивление между точками
а и Ь, до круглого числа в 9
на миллиметр.
Внешний вид подобного мостика показан на фиг. 75. На последней
схеме сопротивления ветвей обозначены через г\ до г4. Равновесие по-
лучается при —-
rt
тогда
образом, чтобы расстояние между но-
Фиг. 76. Проволочный мостик Томсона
фирмы Гартман и Браун.
(3)
Рычажный мостик Томсона. Более сложное и дорогое конструктив-
ное выполнение мостика Томсона представляет собой двойной рычажный
мостик.
На фиг. 78 изображена схема,
а на фиг. 79 и 81—устройство
двойного рычажного измеритель-
ного мостика фирмы Сименс и
Гальске. Способ употребления его
таков же, как и для вышеопи-
санных конструкций, и здесь так-
же при измерении малых
сопротивлений по Том-
сону надо применять возможно
более короткие и толстые соеди-
нительные проводники d между
Rx и /?п. Вообще сопротивления
соединительных проводников дол-
„ жны быть не больше 0,01 2.
Фиг. 77. Мостик Томсона фирмы Сименс u
и Гальске. Нормальное сопротивление,
включаемое к зажимам может
быть заменяемо например /?п==0,1; 0,01; 0,001 и 0,0001 2. Неизвестное со-
противление включается к зажимам сопротивления, имеющие форму
стержйей, включаются с помощью зажимного приспособления причем
между ножами 5 имеем определенное расстояние (например 1- л). Л4 и
Р—штепсельные сопротивления, равные 10, 50 илн Ч00 2; О и N—два,
4 Р. Груы. Лабораторные намерения по электротехнике.
49
связанные между собой, рычажные сопротивления, каждое состоящее из
9*0,1; 9*1; 9* 10 и 9* 100 2; рычаги сопротивлений одинакового по-
рядка соединены между собой подвижным мостиком; благодаря этому
мостику они могут перемещаться только одновременно и могут быть уста-
новлены только на одинаковые значения.
При измерении рычажным мосгиком Томсона возможны следующие
два случая:
1. Прн вынимаем в плечах М и Р штепселя 100 2 (когда
Rx почти равно Rn, то штепсель 50 2) и регулируем рычажные сопроти-
вление до тех пор, пока в гальванометре не исчезнет ток.
Тогда получим
^ = ^-°р=Кп-~- (4)
2. При Rx<ZRn- меняем места Rn и Rx, так что Rn присоединяем
к Rx к Wt: вынимаем в плечах М н Р штепселя 10 2 (когда Rx
Фиг. 78. Схема двойп'го рычажного
мостика Томсона фщ мы Сименс и
Гальске.
Фиг. 79. Устройство двойного мо-
стика.
почти равно Rn> то штепсель 50 2) и регулируем рычажные сопроти-
вления до тех пор, пока в гальванометре не исчезнет ток. Тогда будем
иметь
Для нижеуказанных нормальных сопротивлений R„ даются нижесле'-
дующие пределы измерений
а) при включении Ь) при перестановке
согласно фиг. 79 Rn и Rx
для /?я = 0,1 2 предел измерен..й от 0,05 до 10 2 от 0,091 до 0,2 2
. /?л = 0,01 . , 0,005 „ 1 „ 0,0001 , 0,02 ,
, = 0,001 , , , 0.0005 , 0,1 , 0,00001 „ 00 2 ,
„ /?„== 0,01.01 , , 0,00005 „ 0,01 . 0,000001 , 0,0002 .
нормальное сопротивление для больших
измерения больших cuiipoiпилений
и для
На фиг. 80 показано отдельно
сил тока.
Описанный мостик пригоден
по Уитстону.
Для упрощения включения
здесь использована соединительная
скобка Д (фиг. 81), которая вид-
на на фиг. 82. Одна часть Л/ры-
чажных сопротивлений во время
этого измерения выключается. В
этом случае измерение произво-
дится следующим образом. Уста-
навливаем соответственное о тио
шение штепсельных сопротивле-
ний М и Р и регулируем ры-
чаги до тех пор, пока отклонения
гальванометра не будут равны
нулю. Тогда согласно сказанному
раньше
М
Rx=O--p-. (6)
Предел измерений мостика
простирается’ в этом случае при-
близительно от 1,1 2 до 10 000 2.
Фиг. 80. Нормальное сопротивление
для боллиих сил тока.
Если нужно измерить большие со-
противления до 105 0, то следует включить в штепсельное отверстие Р для
10 2 особый, приложенный к мостику, шунтирующий штепсель в ~ Q.
Фиг. 81-а. ‘ Фиг. 81-Ь.
Схема включения двойного рычажного мостика Сименс
и Гальске по Уитстону.
Этим самым величи-
на сопротивления
10 2 снижается до
1 2.
Другой пример
хорошей конструк-
ции рычажного мо-
стика представляет
Фиг. 82. Двойной мо
стик Томсона фирмы
Сименс и Гальске.
•обой мостик Вольфа (фиг. 83). В этой конструкции сопротивления
т. и п включаются при помощи штепселей; эти сопротивления
могут иметь значение.л25, 50 и 100 2. Сопротивления р и о предста-
*4
влены четырьмя двойными сопротивлениями: 10-0,1, 10-1, 10-10 и
10-100 2, причем установка сконструирована так, что при вращении
четырех двойных рычагов, включающих сопротивления, все время р = о.
X 100ft
Z.25ft
S.WJ2
Фиг. 83. Схема мостика Томсона фирмы Вольф.
Примечание. При измерениях с помошью мостиков рекомендуется уста-
навливать гальванометр вначале на меньшую чувствительность, а затем на боль-
шую. Для этой цели может служить либо нагрузочное сопротивление, в взтвях бата-
реи, либо очень большое
добавочное сопротивле-
ние в ветви гальвано-
метра. Ток в мостике
должен быть такой вели-
чины, чтобы не причинять
посредством нагрева ни-
какого вреда сопротивле-
ниям. Следует, во избе-
жание влияния термото-
ков па результаты, произ-
водить всегда по два из-
мерения при различных
нанравленниях т.ка. Ры-
чажное сопротивление ие
должно быть устанавле-
ваемо меньше 50 2.
Чтобы избежать бал-
листического отклонения
в гальванометре, нужно
замыкать сначала цепь
тока батареи, затем уже
цепь гальванометра, а вы-
ключать следует в обрат-
ном порядке (сначала галь-
ванометр).
Напряжение батареи
нужно выбирать соответственно величине общего сопротивления мостика. Для
сохранения н чистки рычажных контактов, контактную поверхность следует про-
тирать смоченной в керосине тряпкой.
Измерение удельного сопротивления1. Если на основании изме-
рения требуется определить удельное сопротивление, то полученную вели-
чину надо раньше привести к 20° Ц. Тогда получим
Я, = ЯИ[ 1 + «- ^-20°^, т. е. J?a0 = 1 + д(**-20°) ’(7)
где Rx — сопротивление в омах при температуре ^°Ц /?2о — сопротивле-
ние при температуре 20°Ц в омах, tx — температура во время опыта в° Ц,
а — температурный коэфициент испытываемого металла (при 20°Ц).
Если р —удельное сопротивление испытываемого стержня при 15°Ц,
F — сечение в мм2, I — длина в метрах между ножами $ то имеем,
р =я —----2 мм?}м.
(8)
Числовой пример. С помощью мостика Томсона измерено сопро-
1 В СССР для удельных сопротивлений установлена нормальная температур!
20° Ц (ОСТ. 34У).
52
тивление проволоки диаметром в 4,05 мм и длиной £=0,5 м, при-
чем
7^=0,00473 2 при £е=16°Ц; ' ,
приведенное к 20°Ц сопротивление для испытуемой проволоки, при
а = 6-10-8 по таблице температурных коэфициенгов, будет
0,00473
” 1 +6 10-“ (16 — 20)
»., = Af=Ws5 й'
А так как
то у = F 0,00485-4,ОЗ2-3,14 „ = —’ 0 5 4 —= °’120 °мм ‘М
Проведение опыта.
Определить сопротивление четырех испытуемых проволок и свести
полученные результаты в таблицу.
№ Материал 1 ф Р т Rn Rx а /?ЕО Р
— — м мм Q Q Q Q 1 1000 и 2 2 ММ*!М
— железо 0,5 4,05 500 100 0,001 0,005 6 0,00485 0,125
Определение чувствительности мостика Томсона. Ести
мы после уравновешивания мостика в вышеуказанном примере -с испы-
туемой проволокой изменим установленное\сопротивление р (и одновре-
менно о) на 1 2, то на основании уравнения (1) мы можем вычислить
другое сопротивление /?*. Разница будет
При этом у гальванометра мы отметим отклонение а = 6 делениям
шкалы, вместо нуля. Отклонению гальванометра от нуля на одно деление
шкалы соответствует следовательно разница в сопротивлении в — • 10~я
= 1,67* 10"6 2.
Отсюда мы можем сделать вывод о значительной чувствитель-
ности данного измерительного устройства.
План работы.
1. Измерить удельное сопротивление материалов нескольких стержней.
Каждое измерение должно быть выполнено при двух направлениях тока.
53
2. Определить чувствительность мостика при предыдущем измерении
и максимальную величину возможной погрешности измерения.
3. Измерить сопротивление шунта к амперметру.
Вопросы для упражнения.
1. Для чего нормальные сопротивления снабжаются четырьмя зажимами?
2. Почему измерение при двух направлениях тока исключает влияние термо-
токов?
3. Какие преимущества имеет более сложная конструкция рычажного мостка
перед проволочным мостиком?
4. Можно ли применять двойной мостик Томсона для измерения сопротивле-
ний переменного тока?
5. Что следует понимать под точностью измерения посредством мостика н от
его эта последйяя зависит?
16. Измерение света (фотометрия).
Сила света лампочки накаливания
ливания, а эта последняя, по закону
ческой мощности:
зависит от температургя нити нака-
Джоуля, пропорциональна электри-
зависимость силы света от напря-
Фиг. 84. Схема оптической скамьи.
Следовательно можно проследить
жения V. Вначале сила света растет вместе с напряжением медленно, затем
быстро. Чтобы судить о потребле-
нии электрической мощности, нуж-
но определить величину Р : Т в
ваттах на свечу (здесь Т обозна-
чает силу света лампы). По мере
возрастания напряжения она умень-
шается, так как мощность увеличи-
вается медленнее, чем сила света.
Сопротивление нити накаливания меняется с температурой; сопроти-
вление металлической нити возрастает, а угольной уменьшается.
По закону Ома (см. стр. 20)
Определение силы света. Определение силы света производится при
помощи фотометра. На скамье (фиг. 84 и 86) с делениями в миллиметрах,
в начале и в конце ее, укреплены исследуемый источник света Гх и лампа
с известной силой света 7Л (нормальная свеча Гефнер-Альтенека). Между
обеими лампами укреплен подвижной экран S, боковые поверхности ко-
торого различно освещаются обоими источниками света. Оптическое
устройство фотометра приспособлено так, что посредством системы линз
через стекло А можно наблюдать одновременно обе поверхности и можно
сравнить между собой их осгещенность. Передвигаем экран по скамье
до тех пор, пока не получим одинакового освещения обеих поверхностей;
В этом случае мы имеем следующее уравнение:
71 г/- г ®
у=---2 или
1 п ' п ' п
54
т. е. силы снега Т относятся друг к другу, как квадраты их расстояний
г от экрана.
Проведение опыта и включение. Исследуемую лампочку накаливания
сравниваем нс непосредственно с нормальной свечей, а
источником света Тв. с меньшей лампочкой
с металлической нитью, которую до опыта и после
опыта проверяем по нормальной сгече: эта лам-
почка при постоянном напряжении обладает опре-
деленной силой света. Исследуемый источник света Тх
•включается согласно фиг, 85 Изменяем напряже-
ние V, регулируя R, и отмечаем ток /, который
потребляет лампа. Таким образом определяем при-
мерно 10 точек, причем для измерения сопротивле-
ния прибавляем еще пару точек при иенакаленном
состоянии лампы.
Одновременно каждый раз передвигаем экран S
(фиг. 84), до тех пор пока не получим в фотометре
одинаковой освещенности, и отсчитываем гх и гп.
Данные опыта следует свести в таблицу.
Фиг. 85. Схема
включения.
Таблица I.
№ V I Р г* Г п тх PiTx R
— V А W см см нк W/HK
До опыта н после него определяем силу света образцовой лампы. Эта
последняя включается к отдельному источнику тока, напряжение которого
Ve держится постоянным, равным обычно 110 V (см. табл. 2).
Фиг. 86. Фотометр фирмы Пфейфер.
Примечание. Нормальная свеча должна гореть до употребления около
10 минут, во время опыта опа не должна мерцать. Высоту пламени следует под-
держивать постоянной.
55
Образцовую лампочку накаливания можно перегружать
роткого промежутка времени и самое большее на 10°<Д.
в течение очень ко-
Таблица 2.
№ vv гп Iv
— V см см нк
Начертите следующие кривые (фиг. 87),
1. Силы света Ти лампочки с металлической нитью в зависимости от
напряжения V.
\ р 2. Силы света Туг лампочки с угольной
♦ J'''/ нитью в зависимости от напряжения V.
I / 3. Потребление мощности в ваттах на
/ /К. свечу силы света лампы в завимости от напря-
/ 7/ жения V.
' I/ 4. Сопротивление 7? лампы в омах в зави-
0 —- симости от напряжения V.
Фиг. 87. Кривее иссле-
дования.
Вопросы для упражнения.
1. Почему при увеличении напряжения увеличивается сопротивление лампочки
с металлической нитью и надает сопротивление лампочки с угольной нитью?
2. Почему лампа с угольной нитью при одном и том . е токе потребляет больше
мощности на свечу чем лампа с металлической нитью?
3. Какое практические значение для электрических установок имеет малое
сопротивление ламп с металлическою нитью в холодном состоянии (следовательно
при включении)?
17. Компенсация напряжения.
Компенсация напряжения применяется столь же часто, как и точное
измерение сопротивления мостиком Уитстона. Она основана на том прин-
ципе, что два равных напряжения (или ЭДС) взаимно уравновеши-
ваются „компенсируются', если они включены друг другу навстречу (две
равные ЭДС стремятся привести электричество в движение в противо-
положных направлениях, в результате оно остается в состоянии покоя —
ток отсутствует). Точно так же две карты, поставленные навстречу друг
другу, сохраняют стоячее положение. На том же основании остаются не-
подвижными 2 лошади, обладающие одинаковой силой и привязанные
к одному и тому же предмету, который они тащат в противоположные
стороны.
Компенсация напряжения нашла себе дальнейшее применение при
особо точных измерениях тока (компенсация тока).
Путем одновременного измерения тока и напряжения может быть дости-
гнуто и очень точное измерение мощности. Компенсация
напряжения нашла себе новую область применения при измерении сла-
бых токов, именно при измерении векторных величии в тех случаях,
когда нужно определить переменные напряжения по их величине и по
фазе (комплексный компенсатор, см. ниже). Кроме того она применяется
56
и для определения коэфициента трансформации и угла сдвига фазы в транс-
форматорах тока и напряжения:
Измерение напряжения. Напряжение Е на зажимах питает
проволоку реохорда Л — В током /; измерямое напряжение е стремится
послать в цепь гальванометра ток I. Но так как положительные полюсы
источника тока приключены к одной точке А, то это удается только
тогда, когда скользящий контакт С занимает определенное положение, а
именно когда падение напряжения Z-/1 меньше, чем напряжение е из-
меряемого элемента. Если 1-1 больше,
чем е, то тогда, наоборот, ток проходит
от аккумулятора Е через элемент е и
через гальванометр к с, и через В обрат-
но в Е. Если / • I равен е, то в цепи
гальванометра ток вообще отсутствует;
в этом случае отклонение гальванометра
равно 0.
Фиг. 88. Схема компенсации.
Вышеуказанное обстоятельство мы
используем для точного измерения е. Контакт С передвигаем по прово-
локе до тех пор, пока а станет равным нулю; тогда Z = 0 и е — 1-l,
далее E=I*Lt где L представляет собой сопротивление проволоки
А— В мостика; имеем е = 1-1 и E — 1-L и следовательно:
е I
Е ~!-L~ L
е = Е
(1)
L ’
Если Е — известная величина, то можно определить е.
Целесообразнее воспользоваться другим способом: на место е вклю-
чаем известную ЭДС, например е0 нормального элемента (элемент
Вестона —1,0183 V), и повторяем вышеописанное измерение.
Фиг. 89. Падение на-
пряжения 1-1 в за-
висимости от поло-
жения движка I.
Например при положении скользящего кон-
такта С,, на растоянии /0 от точки А, отклоне-
ние гальванометра равно 0, следовательно для
данного случая г0 = /-/0, так как на основании
т , е 1-1
первого опыта то — — ——, ток / во
«а Г I»
время опыта не изменялся, следовательно получаем:
/
(2)
Тзким образом можио путем сравнения с ЭДС нормального элемента е,
определить любую неизвестную ЭДС е.
Измерение тока и поверка амперметра.
В основном для этого опыта применяется та же схема, что и для из-
мерения напряжения. Аккумулятор Е (фнг. 90) питает через реостат
током / проволоку реохорда. Переключатель позволяет попеременно
включать к скользящему контакту, соединенному с гальванометром и за-
1 Сопротивление частей проволоки мостика, имеющих длину I, обозначено здесь
для краткости также через I.
57
щитным сопротивлением, нормальный элемент Ей или эталонное сопро-
тивление через последнее проходит измеряемый ток /v. Ставим пере-
ключатель в верхнее положение, затем до тех пор регулируем реостат
в цепи Е и передвигаем скользящий контакт, пока гальванометр не по-
кажет нуль. Далее, постепенно выводим защитное сопротивление в цепи
гальванометра и регулируем более тонко реостат и положение скользя-
щего контакта, пока гальванометр не покажет нуль при полностью выклю-
ченном защитном сопротивлении. Измеряем тогда Zj— длину проволоки--
Р
от левого конца реохорда до скользящего контакта; имеем EN =
(здесь q — сечение и р — удельное сопротивление материала проволоки).
Вводим опять защитное сопротивление в цепь гальванометра; затем
переводим переключатель в нижнее положение и до тех пор передвигаем
скользящий контакт, постепенно выключая защитное сопротивление, пока
р
падение напряжения в реохорде / • Z2 • ~ точно не уравновесит падение
напряжения в эталонном сопротивлении
Фиг. 90.
Г® • Из — I ’
Я
Измеряем Z2—длину проволоки — опять
от левого конца реохорда до сколь-
зящего контакта. На основании двух
наших опытов имеем:
= нли
Е^ /•[
Удобно если численное значение
(иапр в см) = Ек ‘ 10л (где п — целое
число). Так как всегда д>э = 10'к 2,
то при указанном условии
Например: при компенсировании Е^— 1,0183 V мы добились отсут-
ствия тока в гальванометре, регулируя реостат в цепи Е, при /,=101,83 см.
Эталонное сопротивление /^ = 0,12. После перевода переключателя в
нижнее положение мы получили равновесие схемы (а = 0) при Z2 = 52,5 см.
Следовательно:
1,0183-52,5 е .
1О-.1О1,83 = 5’20
А.
Приведенную схему мы используем для поверки точного амперметра.
С помощью реостата в нижней цепи устанавливаем на поверяемом ампер-
метре круглые значения (например 1, 2, 3, 4, 5А) н каждый раз компен-
сируем Ix -Ra, передвигая скользящий контакт. На основании положения
последнего Z2 находим для каждой точки действительные значения тока.
Компенсация f.v, установленная в начале работы, проверяется в середине
и конце измерения.
Чтобы устранить влияние внешних магнитных полей, повторяем по-
верку, переключив направление тока в амперметре, или повернув прибор
58
на 180°, если он принадлежит к магнитоэлектрической системе. Из полу-
ченных при этих двух поверках результатов берем средние значения (по-
чему?) Данные поверки сводим в таблицу и строим по ним кривую поправок.
Для обоих описанных измерений рекомендуется применять реохорд
с длиной проволоки не менее 1,5 я.
Замечание о компенсаторе напряжения. I. Данный способ точен только
в том случае, если б.тарея Е обладает достаточной емкостью в амперчасах, так
что ток 7 остается строго постоянным во все время измерения.
2. Измеренное напряжение е в первом случае равно ЭДС испытуемого эле-
мента е, потому что в момент полной компенсации ток i в элементе равен нулю.
3. Для предохранения нормального элемента служит защитное сопротивление
Пока не достигнуто правильное положение подвижного контакта, в цени галь-
ванометра протекает больший или меньший ток Z, который должен быть сведен
к нулю путем перемещения С; при этом защитное сопротивление постепенно
выключается. Практически нормальный элемент не должен давать ток в цепь, по-
тому что его ЭДС 1 благодаря нагрузке временно изменяется. Поэтому /?$ следует
выбирать равным по меньшей мере 20 000 й. Кроме тою значительно легче
найти положение С д л я а~ О, включив предварительно/^, а
затем постепенно его выключая. Хорошие нормальные элементы с по-
стоянной ЭДС^0 имеются в продаже; они изготовляются в Всесоюзном Институте
Метрологии и Стандартизации.
Фиг. 91а. Нормальный
элемент Вестона.
См. фиг. '4.
План работы.
1. Сравнить испытуемый элемент с известной
ЭЛС ₽,) элемента Вестона (^0~ 1,083 V).
Фиг. 91b. Измерение по спо-
собу компенсации с помощью
делителя напряжения.
Фиг. 91с. Графи-
ческое изображе-
ние.
2. Делитель напряжения PQ (фиг. 91а) включается к е, затем от него
берутся различные напряжения ех.= 1 • 1Г и измеряются путем компенсации,
причем /, передвигается сантиметр за сантиметром.
Изобразить графически зависимость ех .от Z, (фиг. 91b).
3. Пользуясь схемой фнг. 90, поверить амперметр, сначала постепенно,
без скачков, повышая до номинальной силу тока, затем так же пони-
жая ее.
Вопросы для упражнения.
1. Как можно измершь силу тока посредством компенсации напряжения?
2. Почему точность измерения зависит от механического выполнения прово-
локи мостика (ее протяжки) и от чувствительности гальванометра?
3. Можно ли по схеме фиг. 88 измерить ЭДС элемента В?
18. Компенсационный аппарат
Принцип измерении н включение. Между зажимами Л и В .(фиг. 92а),
которые находятся под напряжением Е, включены последовательно сопро-
1 Макслмальпая допустимая сила тока для нормального элемента Вестона —
0,1 mA.
59
тивления Rt — Rt (которые соответствуют проволоке мостика фиг. 88).
К рычагам а и b при положении переключателя и включается нормальный
элемент Вестона (е0= 1,083), а при положении переключателя v вклю-
чается неизвестное напряжение ех (<£) (следить за полюсами!).
При постоянной силе тока i (/?t -}- /?2 -}- R3 -}- величина постоян-
ная!) изменяем величину сопротивления г, включенного между а и Ь, и
получаем таким образом между названными точками большее или меньшее
напряжение v, которое при отсутствии тока в гальванометре в первый
раз уравновешивает во второй раз ех.
Согласно сказанному ранее,
т.е. ех = -^-е5=1,083.-л-, (1)
в9 Г0 Г0 Г»
причем гх и г0 означают величину сопротивлений, введенных в первом и
втором случае между а и Ь.
Примечание 1. При компенсировании следует всегда при помощи s вклю-
чать сначала защитное сопротивление г = 1042 (фиг. 92).
Примечание 2. Если взять нормальный элемент Кларка, то
е0= 1,42749 V. При очень точных измерениях следует обращать внимание па зави-
симость ЭДС нормального элемента от колебаний температуры (см. ниже).
Примечание 3. Подобным способом можно измерить и напряжение Е
между А и В. При этом
Ri ~i~ R*-\- R* g
Примечание 4. Существуют два типа нормального элемента Вестона. В
первом нормальном типе электролитом служит насыщенный раствор
CdSO4 (фиг. 93). Этот нормальный элемент является официальным эталоном ЭДС;
при тщательном изготовлении ЭДС отдельных нормальных элементов этого типа
отличается друг от друга не больше чем на 0,01 mV, но зато его ЭДС заметно
уменьшается с увеличением температуры. Согласно постановлению Международ-
ной конференции 1908 г. ЭДС названного элемента следует вычислять по фор-
муле
5=1,0183 — 4,06 - 10^ - (i — 20) — 0,95 • 10"° (t — 20)! + 1 - —20)’ V.
Его внутреннее сопротивление около 100 2. В элементах Вестоиа второго
типа раствор (фиг. 93 b) CdSO4 насыщен при 4’Ц, при более высоких температу-
рах раствор не насыщен. Эти элементы трудно изготовить с такой точностью,
как элементы нормального типа, но зато влияние температуры на нх ЭДС вчетверо
меньше и им можно пренебречь. По этой причине часто отдается предпочтение
элементам этого типа перед нормальным типом ’.
Поверка амперметра (компенсация т-ока).
Вместо неизвестного элемента ех включаем зажимы нормального сопро-
тивления W к стороне v переключателя и по схеме фиг. 94. Элемент
v достаточно большой емкости (в амперчасах) посылает через W— нор-
мальное сопротивление известной величины Rn, — в цепь 777ток 7 и создает
иа зажимах W паление напряжения
= (2)
Если мы изменяем /, то изменяется также идг. Это напряжение vx
1 О нормальных элементах см. .Электричество* 1929, стр. 389.
во
может быть компенсировано каждый раз подобным же образом, как
указано выше. Для а — 0 имеем
= -^ = 1,083.b =
“• 'о
откуда вычисляется ток
, 1,083 гх
” Rn ’<
(3)
Так как во время измерения общее напряжение Е при помощи R
поддерживается постоянным, то постоянным остается также г0, и вычисле-
ние упрощается; сила тока определяется из уравнения (4)
/ = (4)
. 1,083
причем £ = ------ постоянно.
Rn ‘
Постоянство Е можно контролировать приблизительно с помощью
миллиамперметра (фиг. 92а), за ним необходимо следить в продолжение
Фиг. 92а. Внутреннее соединение компенса-
ционного аппарата.
Фнг. 92b. Одна из монтаж-
ных схем компенсационного
аппарата.
всего опыта. До опыта и после него нужно точно поверить, прн помощи
нормального элемента <?в, постоянство Е (см. выше).
Итак имеем
~h Ч~
Постоянство Е узнается тогда по неизменяемости гв, и нет нужды
его вычислять.
Выбор соответствующего нормального сопротивле-
ния N зависит от величины тока I, который нужно измерить. При
большой силе тока выбираются малые, при маЛЬй силе тока — большие
сопротивления. При этом следует помнить правило, что сопротивления
61
имеет’ значения; важно только, чтооы она
а b
Фиг. 93. Нормальный элемент Вестона (см.
также фиг. 90).
Фиг. 94. До-
полнительная
схемах фиг.9
для поверки
амперметра.
на воздухе выдерживают нагрузку около 1 W, а в керосиновой ванне 10 W,
г. е. следовательно
I'l-Rn= 1 W или 10 W, г. е. R„ — или
Величина тока z, протекающего в цепи I (фиг. 92), сама по себе не
i продолжение измерения
оставалась постоянной, и
не изменились Е и г0
(уравнение 4). В практике
же обычно i устанавли-
вается, при помощи Rt, на
круглое значение (напри-
мер 1 = 1, или 0,1 mA),
для того чтобы можно
оыло в продолжение всего
опыта легко и быстро на-
блюдать изменения этого
тока на миллиамперметре,
а не компенсировать ка-
ждый раз при помощи
что отняло бы много вре-
мени.
Если на-
пример мы
хотим изме-
рить ток в
10 А и употребляем для этой цели нормальное сопро-
тивление в 0,1 Й, то дальше мы должны поступать так:
Устанавливаем по миллиамперметру, с помощью R,
около 10 mA. Между рычагами а и b устанавливаем со-
противление в 101,83 Й так, что между а и b имеем паде-
ние напряжения в 101,83 Й • 0,01 А = 1,0183 V. Когда
затем к зажимам и мы включим нормальный элемент, то,
для того чтобы достигнуть компенсации, нам придется
лишь немного изменить еще R, пока гальванометр не по-
кажет точно нуль; отклонение, которое в этот момент можно
будет отсчитать на миллиамперметре, будет тогда точно
соответствовать 10 гл А и должно остаться постоянным во
все время опыта.
Когда же мы переставим переключатель из положения и
в положение v, чтобы измерить при посредстве схемы фиг. 94 ток / = 10 А,
то сопротивление между а и b нужио будет установить так, чтобы
падение напряжения vab на ab при i = 10 mA было р.авно
vx= 10 А • 0,1 2 = 1 V,
т. е. оно должно быть 10
= = < /, = ! V,
а сепретивяение
J
10 mA 0,01 А 100
62
Напряжение vab — 1 V — ЮшА • 100 2 можно сравнить тогда с напря-
жением vx — 1 V ----- 10 А • 0.1 9.
Поверка вольтметра. Если требуется поверить вольтметр для
предела измерения в Е V, ю устанавливаем, как указано выше, в цепи
тока i (фиг. 92а) сиду юка в 10 mA (.между рычагами вводим сопроти-
вление 101,9 2). Межау А и В вводим общее сопротивление, величина
Е
которого будет —д » например при пределе измерений в 100 V это
сопротивление будет = 10 000 2. Включенный к А н В вольтметр
с пределом измерения 100 V покажет тогда эту величину с точностью,
возможной для данного прибора. Удобнее однако для поверки вольтметра
пользоваться делителем напряжения (фиг. 99).
Проведение опыта.
Нужно измерить 1) ЭДС одного аккумулятора, 2) поверить амперметр
на номинальную силу тока 1 А, 3) поверить вольтметр на номинальное
напряжение ПО V (для каждого прибора поверить по 10 точек).
19. Компенсатор Рапса.
По изложенному на стр. 56, можно прн
помощи вспомогательной батареи Е (фиг. 95)
определить посредством компенсации напряже-
ние ех, которое меньше илн больше, чем е0,
если ех <^Е^>е0. Для уравнения:
Фиг. 95. Принципиальная
схема.
а
Изготовляемым фирмой Сименс и Гальске компенсационным аппара-
том Рапса (фиг. 96) измеряются по вышеуказанному принципу, при
помощи нормального элемента Becj
Фиг. 96. Компенсатор Рапса фирмы
Сименс н Гальске.
тона (фнг. 91 н 93) н вспомогатель-
ной батареи f = 4V, напряжения
от 1 • 10“s V до 1,1 V, и, как
будет показано ниже, напряжения
от 1,1 V до 1 100 V могут так-
же быть измерены компенсатором
при помощи делителя напряжения.
В компенсаторе благодаря особо-
му устройству и включению
рычагов достигается то, что при
получении для компенсации напря-
жения ех от разделенного на декады
сопротивления а (фиг. 95) общее
сопротивление 7? между главными
зажимами А и В не изменяется, а
с ним также и ток i в компенсационном аппарате; в противном случае
произведённая ранее компенсация’ ЭДС нормального элемента е0 была
бы нарушена, и измерение не могло бы быть выполнено.
63
Измерение напряжений от 10—8 V до 1,1 V. Схема компенсатора
(потенциометра) по системе Рапса показана на фиг. 97. Вспомогательная
батарея £ = 4 V, включенная к Н, посылает ток 7 = 0,1 mA через пять
декад от Л' до через компенсационное сопротивление в 10 180 -|- Ю 2
и через W обратно. Посредством сопротивления R точно устанавливается
7 = 0,1 mA, причем в положении b переключателя U ЭДС нормального
Фиг. 97. Схема компенсатора Рапса (фиг. 96).
— е2 *1
(300QXL)
Фиг. 98.
элемента е0 = 1,0185 V компенсируется падением напряжения 6 = 7* г0.
Величину г0 устанавливаем в омах численно равной точному значению
ЭДС нормального элемента, умноженному на 104, например е0~ 1,0185 V,
гф = 10185 2. ЭДС нормального элемента указана в прилагаемом к нему
свидетельстве: в зависимости от
изменений температуры, она мо-
жет колебаться в пределах от
1,018 V до 1,019 V (см. стр. 60).
При отсутствии тока в гальва-
нометре G (70 = 0), ток 7 = 0,1 mA.
Затем переводим переключа-
тель U на а н тем самым при-
ключаем измеряемое напряжение ех
вместе с гальванометром к частичному сопротивлению гх между (не по-
казанными на фигуре) рычагами и /f4.
Так как подсчет точного значения общего сопротивления гх между
/С2 и отнял бы много места, то мы ограничимся только рассмотрением
изменения, компенсируемого неизвестным напряжением ех, падения напря-
жения i гх (фиг. 97 и 98), в то время когда рычаги до /С5 нахо-
дятся в движении; причем I — это общий ток в компенсаторе, а также
и в сопротивлении разветвления rx. С этой целью мы изображаем для
примера декады 1 и 2 с двойным рычагом и простым рычагом К*.
Декада 1 состоит из 10 сопротивлений 1000 2, из которых двойной
64
рычаг при всяком положении рычага захватывает 1000 2.< Параллел’по
этим. 1000 2 включена всегда декада 2 с девятью сопротивлениями но
1000 2. Падение напряжения между скользящими
контактами двойного рычага делится таким образом
на 9 частей, так что от контакта 0 до контакта 9 в /С2
значение напряжения е, а вместе с ним и irx можег
постепенно изменяться на значение V (принцип де-
лителя напряжения!) \
По тому же принципу устроены и декады Зм-4,
но там величина напряжения на отдельных сопротивле-
ниях меньше, потому что декада 3 имеет только 9 • 10 2.
В общем следовательно падение напряжения i • гх
можно регулировать посредством декадных сопротивле-
ний 1 — 5. Когда мы достигли того, что гальванометр
показывает нуль, тогда положение рычагов на декад-
ных сопротивлениях определяет величину сопротивле-
ния гх. Умножив последнее на коэфициент аппарата
Фиг. 99. Дели-
тельпапряжения
к компенсатору
Рапса.
(здесь 0,0001), получим искомое напряжение ех в вольтах.
Фиг. 100а. Схема компенсатора фнрмы Гартман и Браун.
1 Падения напряжений при одинаковых сопротивлениях разветвлений (каждое
10 000 2) относятся как тонн в ответвлениях 4=9:1; падение напряжения
водном сопротивлении 1000 2 декады Ki будет 1000 2-0,1 mA=100mV; падения на-
пряжения в одном сопротивлении 1000 2 декады Кв будет: 1000 2 • 0,01 mA = 10 mV.
5 К. Грун. Лабораторные нзмеренич но электротехнике.
65
Надо еще отметить, что при движении рычага общее сопротивле-
ние компенсатора, равное 10 000 2, уменьшается или увеличивается
максимум па 1 2, и в такой же мере общий ток, равный 0,1 mA, изме-
няет свою величину. /
Погрешность пропорциональна изменению сопротивлений и достигает
поэтому максимум 0,01®/в; эта погрешность впрочем, в случае необходи-
мости, может быть учтена и устранена путем поворотного компенсиро-
вания и т. д.
Измерение напряжений от 1,1 до 1100 V. Делитель напряжения
(фиг. 99) имеет между точками а и b общее сопротивление величиною
в 100 000 2; зажимы х делителя напряжения присоединяются к зажимам
х компенсационного аппарата, а к Ех (фиг. 99) включается измеряемое
напряжение; при измерениях напряжений до 11 V параллельно компенса-
тору штепселем 1 включаются 10 000 2 (= 100 -j- 900 -|- 9000), при
измерениях до 100 V штепселем 2— 1000 2 (100-j-900) и при изме-
рениях до 1100 V штепселем 3—100 2. Когда достигнута полная
компенсация, то отсчет положения рычагов, умноженный на постоянную
измерительной установки
(при включении штепселя 3
для измерений до 1100'V
эта постоянная равна 0,1),
дает искомое напряжение.
Измерение. Измерение
производится при соблюде-
нии обычных мер предосто-
рожностей; например для
предохранения нормального
элемента в цепь гальвано-
метра включается защитное
сопротивление в 50 000 2;
оно служит также и для
того, чтобы до окончатель-
ной компенсации можно
Фиг. 100b. Внешний вид компенсатора.
* было работать при меньшей
чувствительности гальванометра. Только после первой грубой компенса-
ции сопротивление замыкается накоротко, и компенсация
производится снова. На фиг. 97 не изображены добавочные приспосо-
бления.
В основу конструкции нового компенсатора с рычажным
включением сопротивлений фирмы Гартман и Брауи поло-
жены те же принципы; он собран по схеме, предложенной Фейснером
(фиг. 100),
В отличие от компенсатора Рапса здесь для компенсации ЭДС нор-
мального элемента используется падение напряжения на тех же сопро-
тивлениях, которые служат и для компенсации неизвестного напряжения.
Сначала рычагами устанавливается сопротивление, соответствующее ЭДС
нормального элемента (например 10 183 2), включается нормальный
элемент (N) и компенсация осуществляется посредством регулирования
сопротивления в цепи вспомогательного тока (/?). Затем нормальный
элемент выключается и включается неизвестная ЭДС (X); теперь компеа-
сация осуществляется посредством регулировки рычажных контактов.
Схема соединения сопротивлений (фиг. 100а) напоминает схему ком-
пенсатора Рапса с тем отличием, что здесь имеется четыре последова-
тельных ступени сопротивления (вместо двух ступеней в Рапсе). В верхней
ступени (II) имеется 11 сопротивлений по 100 2: двойной рычаг захватывает
два из них: между его контактами включена следующая ступень 11 Х^О 2;
второй двойной рычаг захватывает здесь тоже два сопротивления, а между
его контактами включено 11X4 2; третий двойной рычаг захватывает
и здесь два сопротивления, между его контактами включена последняя
ступень (V) 11X8 2. Нетрудно проследить деление падения напряжения
в отдельных ступенях.
20. Упрощенный технический компенсатор.
Кроме большого и сравнительно дорогого компенсационного аппарата
Рапса с большим числом пределов измерения, фирма Сименс и Гальске
Фиг. 101. Основная схема для технического компенсационного устройства фирмы
Сименс и Гальске.
изготовляет меньшие, так называемые упрощенные технические компенса-
торы, позволяющие время от времени поверять измеритель-
ные приборы, принимая при этом во внимание возмож-
ное влияние внешних п олей.
Этот упрощенный аппарат состоит* в существенных чертах из так назы-
ваемого десятиомного прибора магнитоэлектрической системы
(фирмы Сименс и Гальске) с падением напряжения в 45 rnV при по-
треблении тока в 4,5 mA для отклонения стрелки на полную шкалу,
имеющую 150 делений.
Прибор снабжен третьим зажимом 1000 2 для измерений напряже-
ний до 3 V при потреблении тока 3 mA (фиг. 101). Далее в аппарат^
входят нормальный элемент е0, гальванометр G и кроме трех переключа-
телей еше несколько сопротивлений от rt до г9, из которых два г5 и
г6 можно регулировать по мере надобности.
Это измерительное устройство предусматривает два различных случая
последующей проверки десятиомного прибора путем компенсации:
1. При помощи двух, помещенных в аппарате, сухих элементов (вспомо-
гательная батарея).
2. При помощи внешнего напряжения сети до 500 V.
67
150 У
JOOV
800 V
<wa-
аппа-
Фиг. 102. Общая схема для компенсационного
рата фирмы Сименс и Гальске.
после этого десятиомный прибор не
делений, то придется предположить
Прибор устроен так, что проверяется средняя точка (деление 75)
шкалы со, 150 делениями предела измерений в 3 V, и после полной
компенсации напряжения посредством магнитного шунта устраняется воз-
можная неточность в показании прибора.
На фиг. 101 показано основное включение для обоих случаев.
Десятиомный прибор Z снабжен двумя зажимами 1 и 2 с пределом
измерений в 45 mV для включения отдельных шунтов при измерении
тока и третьим зажимом для включения добавочных сопротивлений i\
для измерения напряжений. На фиг. 101а изображено включение для:
1. Компенсации при помощи вспомогательной бата-
реи Н. (Е = 2 — 4 V).
Вспомогательная батарея Н посылает компенсационный ток I в сопро-
тивления , из которых г5 и гъ могуг быть отрегулированы
таким образом, чтобы
частичный ток i3 — 1,5
mA, протекающий так-
же через десятиомный
прибор, давал в послед-
нем отклонение на 75
делений, а в сопротив-
лении г3 вызывал паде
ние напряжения, рав-
ное ЭДС нормального
элемента е0, так как гл
отрегулировано coo t -
ветственно величине
ЭДС нормального эле-
мента. При нажиме на
кнопку Т гальванометр
ие должен показывать
тока, в противном слу-
чае приходится регу-
лировать г5 и гв. Если
покажет отклонения на 75
неточность в показаниях
вольтметра или наличие посторонних полей; тогда следует регулировать
магнитный шунт десятибмного прибора до тех пор, пока прибор не
покажет отклонения ровно на 75 делений.
тока.
Согласно фиг. 101b внешнее напряжение посылает компенсацион-
ный ток i в сопротивления г9, г3, г6. Частичный ток /3 снова должен
быть с помощью г., и г6 отрегулирован таким образом, чтобы гальвано-
метр стоял на нуле; тогда десятиомный прибор тоже будет при 1.5 mA
показывать отклонение на 75 делений. Если это не так, то магнитный
шунт следует соответственно отрегулировать. Предел измерения в 3 V
не может быть проверен таким путем. Для пределов измерения в 150,
300, 600 V напряжение при компенсации может быть равно 105 — 120 V,
205 — 240 V и 420 — 500 V.
Общая схема. Соединение обеих схем изображено на фиг. 102.
68
Фиг. 103. Развернутая схема компенсатора
Фейснера — Вольфа.
Кроме кнопки Т здесь для компенсации имеются два переключателя
А и В; каждый из них может быть применен в трех положениях. Поло-
жение А (слева) позволяет производить измерение тока десятиомным
прибором; последний включен тогда зажимами 1 и 2 к верхним зажи-
мам, к которым присоединяется шуит гп (на 45 mV). При положении
А2 прибор выключен. Положение Д3 (справа) позволяет производить
измерение напряжения. При этом как для измерений тока, так и для
измерений напряжения переключатель В должен быть передвинут
влево (I).
Для того чтобы проверить десятиомный прибор, мы должны в том
случае, если пользуемся вспомогательной батареей/7 (случай 1), привести
рычаг переключателя В в положение II; в том же случае, если мы
пользуемся внешними напряжениями, рычаг переключателя В должен быть
поставлен в положение III.
Сопротивления rt и г2
предупреждают прерыва-
ние цепи напряжения или
изменение цепи тока во
время переключения при-
бора. Таким образом
мы имеем возмож-
ность переходить
от измерений тока
к измерениям на-
пряжения, не пре-
рывая при этом це-
пи тока.
Сопротивлеиие г3 слу-
жит добавочным сопро-
тивлением к прибору при
измерениях напряжения
до 3 V.
21. Компенсатор
Вольфа.
Названный компенса-
тор является одной из старейших форм компенсационного аппарата и
тем не менее в той форме, какую ему дает Вольф, он считается одним из
лучших и надежнейших в работе компенсаторов (с помощью таких ком-
пенсаторов ведется большая часть поверок точных приборов в Главной
палате мер н весов и в Комитете по стандартизации РСФСР). На фиг. 104
показана схема одной из новых моделей прибора.
Общее сопротивление цепи вспомогательного тока, т. е. между зажи-
мами В, остается постоянным при изменении сопротивления между
зажимами Хе вследствие того, что 3 рычага прибора имеют двойные
контакты и при уменьшении сопротивления верхней ветви тока одно-
временно настолько же увеличивается сопротивление нижней ветви; таким
образом общее сопротивление, на которое замкнута вспомогательная
батарея, остается постоянным.
Аппарат кроме того снабжен двумя ответвлениями с сопротивлениями
69
2X1; 10; 100; 1000 2 (их легко поменять местами, переставим два
штепселя). Благодаря такому приспособлению компенсатором можно пользо-
ваться и как мостиком Уитстона.
Фиг. 104. Компенсатор Вольфа—схема соединений.
22. Баллистически! гтльвтнометр.
Задача баллистического гальванометра заключается в измерении токов
постоянного направления, протекающих в течение короткого промежутка
времени, т, е. в измерении количеств электричества, перемещающихся,
например при разряде конденсаторов, при измерениях емкости, а также
при индукционных толчках в катушках во время изменения магнитных
силовых потоков, полей утечки и т. п.
Баллистический гальванометр построен по принципу магнитоэлектри-
ческих приборов (фиг. 105 а и Ъ) подобно зеркальному гальванометру для
длительно протекающих токов (см. стр. 39). Дня того чтобы этот измери-
тельный прибор действительно мог измерить все количество электри-
чества, возникающее во время процесса измерения или протекающее
через его подвижную катушку, подвижная система гальванометра должна
обладать сравнительно большим моментом инерции, так как катушка
должна притти в движение лишь после того, как толчок тока уже про-
шел; в противном случае между количеством электричества Q и откло-
нением подвижной системы гальванометра а не будет никакой пропор-
циональности.
Чтобы увеличить момент инерции, подвижная система снабжается
двумя грузиками g (фиг. 106). Эти грузики делаются съемными, для
того чтобы прибор одинаково хорошо мог служить как для баллисти-
ческих измерений, так и для измерений длительно протекающих токов.
Для различных критических сопротивлений или различных чувствитель-
иостей подвижная система сделана заменяемой („вставка1") фиг. 105b.
70
Определение баллистической постоянной Кь. На фиг. 107 S,—
первичная кагуижа, длина которой lt значительно (примерно в 10 раз)
больше, чем длина
Фиг. 105а. Сменяемая
вставка (содержащая по-
движную систему) для
баллистического гальва-
нометра.
При сечении F катушки Sj весь поток в этой катушке, не содержа-
щей железа, будет
вторичной катушки За и не меньше чем в 25 раз
больше диаметра.
В середине длинной катушки, имеющей вит-
ков, в том месте, где намотана вторичная катушка,
при силе тока /, ампер, сила поля определяется из
выражения
0,4 -т: w, I.
------------эрстедов.
(1)
&
Фиг. 105b. Магнитная система баллистиче-
ского гальванометра с регулируемым магнит-
ным шунтом.
ф = н.Р==М^тА
Если мы с помощью U переключим направление тока
в первичной катушке, то магнитный поток Ф исчезнет н
вновь возрастет до прежней величины в противоположном
направлении. Индуктированная при этом во вторичной ка-
тушке ЭДС определится по закону Неймана
йФ
е~—^ dt ’
где с1Ф обозначает изменение потока за время dt. Так как при
переключении число силовых Линий изменится от-}-Ф до — Ф
(т. е. на величину 2Ф), то мы можем написать, что во
вторичной катушке возникнет
•екундах будет иметь величину
• £==2w= Ф 10'
(2)
Фиг. 106.
Схематиче-
ское изобра-
жение бал-
листиче-
ского галь-
ванометра.
ЭДС eit интеграл которой в вольт-
(3)
71
Она будет поглощена в омическом сопротивлении = j rs)
цепи гальванометра.
Мы имеем .
2^0'10" =r-Q = r- Кь-а;
так как возникающие кроме того при переключении обе ЭДС само-
ии (укции' взаимно уничтожаются, то мы можем считать отклонение а
гальванометра пропорциональным количеству электричества Q.
Следовательно
= е2, т. е. 2 ПУ2 • Ф — г • Кь • (4)
т. е.
постоянная Кь изме-
Уравнение (5а) показывает, что баллистическая
Фиг. 107. Определение Фиг. 108. Опрсде-
постоянной с помощью ление постоянной
длинной катушки. при 75* = со.
гЧН...iHh
Фиг. 109. Включение
для определения коэ-
фициента затухания и
периода колебаний.
няется с изменением сопротивления г цепи гальванометра, она умень-
шается с увеличением г.
Вместо того чтобы работать с длинной катушкой, значительно проще
воспользоваться известной взаимоиндукцией. Включаем гальванометр к
одной из катушек (фиг. 107) и наблюдаем отклонение а, которое вызы-
вает переключение направления тока / в другой катушке.
Взаимоиндукция
на основании чего л ,, .
2 №• I
Кь — ~—-• кулонов на мм (5Ь)
№ М I а Кь
— и * ММ с/мм
При г, равном со, схема фиг. 107 неприменима; величину Кь в этом
случае определяем, применяя другую схему (фиг. 108). Посредством
72
переключателя U мы сначала заряжаем конденсатор С, а затем опять раз-
ряжаем через гальванометр. Напряжение на конденсаторе
, V
V=: 1 - I' — г ‘Г ВОЛЬТ
R •
и количество электричества на обкладках конденсатора в кулонах
Q = C--u==^-a, а <2.
где емкость конденсатора С выражена в фарадах и отсюда v • С Кь= - кулоп/.ил. (5с) 7 SO £
О Фин НО. Затухающие
Определение коэфициента затухания k и колебания баллистине-
периода колебания Т. Пользуясь схемой 109, кого гальванометра.
мы получаем длительное отклонение гальвано-
метра и затем, переключая U, замыкаем гальванометр на сопротивле-
ние г. Вследствие действия инерции подвижная система будет много раз
качаться в ту и другую сторону (фиг. 110).
Записываем отклонения а от нулевого деления шкалы.
Коэфициент затухания k, т. е. отношение двух следующих друг за
другом полуколебаний а, определится тогда из следующего отношения
Сопротиб/i. заггууха».
Проведение опыта.
(6)
Фщ, III. Коэфициент
затухания и баллисти-
ческая постоянная за-
висимости от сопро-
тивления г.
1. Определить баллистическую постоянную Кь
(фиг. 107 и 108) при двух значениях I (напри-
мер 0,7 и 1,5 А) и при различных значениях г
(примерно до 10 000 2 и при г = со); затем
построить графически зависимость Кь от г (фиг. 111).
Внимание: расстояние шкалы от гальванометра
во время
Ь) Определить коэфи-
циент затухания k при
различных значениях г (<^се)
и согласно фиг. 111 изобра-
зить графически эту зависи-
мость от г.
измерения долж*но оставаться неизменным!
№ 1 , Ф : г ' а ' Кь
А М S I мм \ С'мм
I . ' I I
с) Определить длительность периода колебания Т при
тех же самых сопротивлениях г иа основании наблюдения п (например
10) прохождений через нулевое положение, измеряя при этом время
посредством секундомера; затем построить кривую зависимости Т от г
Примечание. Если мы обозначим через К га л ьв а нометр и чес ку ю
постоянную в А/мм, 1пй = Х (так называемый логарифмический
декремент), то мы сможем доказать теперь теоретически, что количество электри-
чества Q пропорционально первому (максимальному) отклонению ат баллисти-
ческого гальванометра.
73
где
Согласно уравнению (7)
Т i-лгс t₽~
Q = К ' у====- k A a„ кулонов.
(7)
Kb^K-
T
— arc tg -r-
• A" K
означает баллистическую постоянную, а К-—гальванометрическую постоянную
(для длительно протекающего тока, см. стр. 39). Таким образом количество элек-
тричества может быть подсчитано из уравнения (8)
Q = Kb • am (кулонов). (8)
В практике обычно определяют баллистическую постоянную по способу,
описанному на стр. 73.
23. Измерения емкости баллистическим гальванометром.
Емкостью конденсатора мы называем способность его накапливать
электрические заряды при данном напряжении (C=Q:U). Она зависит
от расстояний между пластинами, от величины пластин и от материала
диэлектрика. Емкость может быть легко вычислена при простых формах
конденсатора. В практике приходится обычно измерять емкость, например
емкость жил кабеля сильного тока и жил телефонных и телеграфных
кабелей по отношению друг к другу и к земле. Следует различать ста-
тическую емкость и емкость рабочую. Последняя играет также
большую роль в технике высокой частоты; она представляет собой емкость
проводов по отношению к окружающей их среде во время работы; эта
емкость состоит из нескольких частичных емкостей.
Техника сильных токов часто довольствуется измерением
емкости конденсаторов баллистическим гальванометром. При
этом измеряемый конденсатор заряжается определенным напряжением
и вслед затем разряжается через гальванометр. Находящиеся на обкладках
конденсатора электрические заряды Q взаимно нейтрализуются через
гальванометр, а мгновенно протекающий при этом ток сооб-
щает подвижной системе прибора толчок, пропорциональный коли-
честву электричества в том случае, если подвижная часть системы обла-
дает достаточно большим моментом инерции; в противном
случае, например при очень малом моменте инерции подвижная система
стремительно отклоняется до предела и мы ие получаем отклонения,
пропорционального количеству электричества.
Перед употреблением прибор должен быть проградуирован н должна
быть определена так называемая баллистическая чувствитель-
ность в кулонах на одно деление шкалы, например при
1000 мм расстояния шкалы от. гальванометра. Затем при такой же
схеме соединения должны быть заряжены измеряемые конденсаторы, раз-
ряжены через гальванометр и сравнены между собой баллистические
отклонения.
Проведение опыта.
Определение баллистической чувствительности (гра-
дуирование гальванометра): под напряжение V (например 10 V) включаем
в качестве делителя напряжения точное сопротивление /?,• таким образом
74
на сопротивлении г мы получаем частичное напряжение v, которое можем
изменять. При положении а переключателя и точный конденсатор ем-
костью С„ — заряжается количеством электричества Qn = Сп с кулонов,
причем
При положении b переключателя конденсатор Сп разряжается через
гальванометв и вызывает при этом отклонение ап, на основании чего
баллистическая чувствительность гальванометра будет:
Ki = <^ = -n'Cn С/мм, (1)
если vn измеряется в вольтах, а Сп в микрофарадах.
Из нескольких измерений с различными ч?л и Сп берем среднее.
Изменение емкостей. Включим несколько неизвестных конден-
саторов по схеме фиг. 112. Пусть их емкость бу- дет Сх, соответствующее баллистическое отклонение а.х Тогда вычисляем: па
= = или СХ = ^.Ь; (2) м- АЛ
с (3) «ж г? ? ||Л/
V 1 , Сх~ k • ах, причем k = Сп • . «Зф
Шунт N служит для того, чтобы регулировать чув- ствительность гальванометра (см. стр. 44), а коротко- замыкатель К—для того, чтобы успокаивать колебания подвижной системы (демпфировать). Необходимо точно установить, в каких пределах Фиг. 112. Схема из- мерения емкости. сохраняется про-
порциональность между количествами электричества откло-
нениями а, т. е. в каких пределах можно производить измерения.
Не следует также выбирать очень малые отклонения. Равным образом
нельзя перемещать оптическое приспособление после градуирования.
Результаты сводим в таблицу.
№ V R гп с„ Q„ ап Kt гх Vx ах сх
- V pF С мм С/мм 2 V ММ pF
Вопросы для упражнения.
1. Как велика общая емкость двух конденсаторов Ci и С3, если они: а) вклю-
чены последовательно, Ь) включены параллельно?
76
2. !!o'!cmv рекомсшуется сравнивать посредством баллистического гальвано-
метра конденсаторы с одинаковым, псцюз.моищости, диэлектриком?
3. Почему при точных измерениях емкости нужно ее исследовать в рабочих
условиях, т. е. переменным током той же частоты, что и в рабочих условиях?
4. Может ли повлиять и каким образом на точность измерения включение
активного сопротивления последовательно или параллельно-СЛ-?
24. Исследование магнитных свойств железа по способу кольца.
Для точных лабораторных исследований- магнитных свойств железа
часто применяется способ кольца (тороида). Форма — замкнутого
железного кольца в этих случаях берется для того, чтобы устранить
совершенно размагничивающее влияние свободных концов намагничивае-
мого образца железа (см. ниже).
Кольцо из испытуемого сорта железа (желательно цельное, нс сва-
ренное) равномерно обвивается изолированной проволокой (фш. 113).
Фиг. 113. Схема испытания железа по способу кольца.
По этой основной первичной обмотке должен проходить намагничивающий
ток I. Для упрощения работы первичная обмотка может быть сделана
разъемной со штепсельными контактами, что позволяет легко надевать и
снимать ее с железного кольца пробы. Далее, проба снабжается вторичной
обмоткой из тонкой проволоки; вторичная обмотка замыкается на балли-
стический гальванометр.
Так как для точных измерений необходимо перед каждой серией опы-
тов проградуировать вновь баллистический гальванометр, то схема наша
должна быть несколько усложнена приспособлением для градуирования.
Проще всего это достигается при помощи катушки с известной взаимо-
индукцией. Таким образом схема исследования железа по способу кольца
принимает вид, показанный на фиг. 113.
Здесь в первичной цепи установки к источнику постоянного тока
(обычно 6—10 V, 5 — 10 А) через ступенчатый регулировочный рео-
стат Rp и амперметр А приключаются, посредством переключателя S2,
первичная обмотка эталона взаимоиндукции М илн первичная обмотка
76
кольца пробы. Переключатель позволяет изменить направление тока
во всей первичной цепи.
Вторичную цепь установки составляют вторичные обмотки кольца
и катушки взаимоиндукции, соединенные последовательно и замкнутые
через добавочное сопротивление г$ на баллистический гальванометр BG.
Последний для регулирования чувствительности снабжен специальным
шунтом. Так как баллистическая постоянная гальванометра зависит от
сопротивлений, на которые замыкается цепь гальванометра, то переклю-
чения в шунте, изменяющие чувствительность гальванометра, не должны
изменять ни общего сопротивления вторичной цепи установки, ни сопро-
тивления, на которое замыкается гальванометр.
Это условие выполнено в шунте, построенном по схеме Фолькмана.
Конечно, этот шунт будет правильно работать только при определенном
сопротивлении цепи гальванометра и при определенном сопротивлении
цепи тока. Величины этих сопротивлений, к которым приспособлен шунт,
указаны на самом шунте.
Исследование начинаем с определения баллистической постоянной
гальванометра. Для чего включаем при помощи первичную обмотку
катушки взаимоиндукции в цепь тока. Переключаем направление тока J
при помощи Sj и наблюдаем отклонение гальванометра Находим
„ 2'M-J , ,
Kh = — (см. стр. 72), здесь г2 общее сопротивление вторичной
гч ' а1
цепи. При использовании шунта Фолькмана достаточно определить Кь для
одного положения шунтирующего штепселя, для остальных положений Кь
определяется на основании коэффициентов шунта (см. стр. 43) простым
подсчетом (например Кь определено при k=\, тогда прн£ = 5,
= Kb. k = b-Кь}.
Определив баллистическую постоянную гальванометра, мы, во избе-
жание повреждения гальванометра при размагничивании железа, выклю-
чаем его или замыкаем его накоротко (шунт обычно снабжается со-
ответствующим штепсельным гнездом). Затем посредством переключателя
первичная обмотка взаимоиндукции выключается и на ее место вклю-
чается первичная обмотка пробы железа. '
Тщательно размагничиваем пробу, что осуществляется: или посредст-
вом плавно уменьшаемого до незначительной величины переменного тока
(удобно для этой цели включить на место Rp водяной реостат), или по-
средством медленно ослабляемого постоянного тока, направление которого
непрерывно меняется посредством переключения (второй способ дает
менее удовлетворительные результаты).
Включим теперь гальванометр, затем первичную цепь и пропустим через
первичную катушку (wt витков ) пробы ток Последний вызовет возник-
новение в железе магнитного потока ФР Изменение потока в железе от
О до Ф, вызовет возникновение ЭДС во вторичной обмотке (w2 витков); по-
следняя же в свою очередь вызовет перемещение некоторого количества элек-
тричества во вторичной цепи и отклонение баллистического гальванометра.
Напряженность магнитного поля в кольце:
,_ 0,4-к w. ♦ /
Н =------__—£— эрстедов,
где I — средняя длина кольца.
77
Эта намагничивающая сила создает в кольце поток Ф{ максвелл. При
изменении потока на d-Ф за время dt во вторичной катушке возникает
йФ
ЭДОг — те\2 • -- 10 s.
Эта ЭДС вызывает во вторичной цепи ток ^ = тг’ где R*— сопро-
тивлсние вторичной цепи.
• dt if" /?« • dt . , _
Отсюда находим: dФ ~ —---------= —---------- no it • dt = dQ,
где Q—количество электричества.
При изменении тока от О до 7Р за время от tQ до полная вели-
чина изменения потока Ф} равна сумме отдельных значений ЛФ и следо-
вательно
f Clt.dt=K,'Q
J wa W2 J W,
*1 *1
т. e. количество электричества, протекшее через гальванометр, пропорцио-
нально изменению потока Ф.
Отклонение подвижной системы баллистического гальванометра, как
известно (стр. 70), = “, на основании чего находим магнитный поток:
Кь
R В
ф, ——- ♦ Къ ®i или В. —---------- Кг, • а«, где s — сечение пробы.
оу 1 w2 • s ° 15
Если гальванометр шунтирован, то нужно учесть, конечно, коэфициент
шунтирования.
Чтобы снять кривую намагничивания, увеличиваем скачками ток I в
первичной катушке и по отклонениям баллистического гальванометра
определяем ДВ — приращение магнитной индукции, соответствующее
увеличению тока от 7, до 72: т. е. току 72 соответствует индукция В~
= ДВ. Таким путем мы скачкамн увеличиваем ток в первичной
катушке до Zmax н по данным опыта можем построить кривую намагни-
чивания B=f(H).
Чтобы снять полностью кривую намагничивания, мы затем также
скачками уменьшаем ток I до 0 и с помощью переключателя меняем
его направление; далее скачками увеличиваем до — 7, после чего вновь
уменьшаем скачками до нуля, меняем опять направление тока и увеличи-
ваем до -j- 7.
Как легко видеть, при этом методе одна ошибка измерения входит
во все последующие результаты, что, конечно, является существенным
недостатком метода.
Прежде чем снимать петлю гистерезиса, следует несколько раз без
отсчетов пройти весь цикл перемагничивания («обойти всю петлю»).
План работы.
1. Определить баллистическую постоянную гальванометра при различ-
ных коэч.ициентах шунтирования.
2. Размагнитить пробу.
78
3. Увеличивая скачками ток в первичной обмотке, снять кривую на-
магничивания и построить B~f(J~T).
4. Снять петлю гестерезиса и построить ее графически.
Вопросы для упражнения.
1. Почему нельзя выключить при магнитных измерениях вторичную катушку
эталона взаимоиндукции, служившего вначале для определения баллистической
постоянной?
2. Почему не принимается в расчет ЭДС самоиндукции вторичной цепи?
3. Почему нельзя прерывать опыт до снятия всей кривой намагничивания или
петли гистерезиса?
25. Ярмо Гопкинсона.
Фиг. 114. Схема соединений ярма Гоп-
кинсона.
Изготовление кольцеобразной пробы железа для испытания по способу
кольца представляет собой значительные трудности, равным образом само-
выполиение измерения относи-
тельно сложно и кропотливо.
Существенным упрощением бал-
листического метода является
испытание железа по способу
ярма Гопкинсоиа.
Основную часть установки
составляет рамообразное ярмо
(фиг. 114 и 115), короткие
стороны которого просверлены
для помещения в них пробы
испытуемого железа (У7). Проба
изготовляется в форме стержня,
концы которого плотно зажи-
маются с помощью винтов в от-
верстиях ярма. Этот испытуемый
стержень охватывается в ярме
первичной намагничивающей катушкой из толстой проволоки (ту, витков и Zt
длиной) и помещенной внутри намагничивающей катушки вторичной катушкой
из тонкой проволоки, предназначенной для приключения баллистического
гальванометра. Массивная рама играет роль магиитопровода для силового
потока пробы; таким образом, если пренебречь влиянием стыков, то устрой-
ство будет представлять собой замкнутую магнитную цепь. Размер отвер-
стий в ярме таков, что сечение испытуемого стержня должно быть меньше
1°/о от сечения ярма; кроме того, само ярмо изготовляется нз лучшего
литого железа — материала с большой магнитной проницаемостью. По
этим причинам магнитным сопротивлением ярма можно без большой по-
грешности пренебречь по сравнению с магнитным сопротивлением стержня
(в особенности если вести испытание материалов с относительно малой
магнитной проницательностью, например стали).
Принципиальная схема измерения показана иа фиг. 114. Первичная
катушка I соединяется через переключатель U и амперметр / и регулиро-
вочное сопротивление Rr с источником тока Е (примерно 6 вольт, 6 ам-
пер). Вторичная катушка //замыкается на баллистический гальванометр BG
с добавочным сопротивлением R*.
79
Если пренебречь влиянием ярма и стыков, то напряженность магнит-
ного поля может быть выражена следующим образом:
н=°±
---!---= Const /.
Следовательно специально для данного ярма мы можем снабдить ампер-
метр шкалой не в амперах, а непосредственно в единицах напряженности —
эрстедах (что обычно и делается).
Как мы уже видели выше, между количеством электричества, прохо-
дящим через баллистический гальванометр, и изменением потока через
вторичную катушку существует (при условии постоянства сопротивления
цепи гальванометра) прямая пропорциональность, а следовательно и от-
клонения гальванометра а прямо пропорциональны изменению потока.
В свою очередь поток Ф = В F; здесь В обозначает индукцию в стержне,
a F — его сечение.
Фиг. 115. Внешний вид ярма Гопкинсона.
и добавочного сопротивления) было немно-
Следовательно В =
= const • а.
Для данной уста-
новки стрелочный бал-
листический гальвано-
метр может быть снаб-
жен шкалой с деле-
ниями в единицах ин-
дукции — гауссах. До-
бавочное сопротивле-
ние подбирается так,
чтобы общее сопроти-
вление вторичной цепи
(т. е. сумма сопроти-
влений катушки II, бал-
листического гальваиом-
гим. больше критического сопротивления гальванометра.
Измерение для получения петли гистерезиса производится следующим
образом.
При разомкнутой вторичной цепи, чтобы ие повредить гальванометр
(чем?), устанавливаем наибольшую силу намагничивающего тока, соответ-
ствующую тому наибольшему значению Н, которое требуется условиями
испытания. Включаем гальванометр, затем уменьшаем скачками сопроти-
вление и наконец посредством выключателя выключаем ток. После
каждого уменьшения сопротивление записываем баллистическое отклонение
гальванометра н соответствующее значение Н по показаниям амперме?ра.
Затем, не уменьшая сопротивления посредством U включаем ток в
обратном направлении и опять скачками его увеличиваем, отмечая
показания гальванометра и амперметра. Если гальванометр не проградуи-
рован непосредственно в гауссах, то пересчитываем его показания в гауссы.
Показания гальванометра дают нам изменения индукции Д5 прн соответ-
ствующих изменениях напряженности поля И. За весь опыт мы изменили
индукцию от -J- 5тах до— Втах (фиг. 119). Стедовательно сумма показа-
ний гальванометра —2Smax. Определяем Втах и, вычитая после-
80
довательно из Bmax значение АВ, находим одну за другой все точки одной
стороны петли гистерезиса [В ==/(//)]•
Отдельные ступени сопротивления /?, должны быть подобраны так,
чтобы отклонения гальванометра с одной стороны не выходили за пре-
делы шкалы и с другой не были слишком малы. Это довольно сложная
задача, так как при больших насыщениях значительное изменение тока
вызывает только небольшое изменение индукции и, обратно, при малых
насыщениях незначительное изменение тока вызывает резкое изменение
индукции. Для упрощения задачи подбора, сопротивлений в измерительном
устройстве фирмы Гартман и Браун сопротивление разделено на две
части по 11 контактов. Одно сопротивление используется только при
увеличении тока, а другое — только при уменьшении тока.
Мы приводим таблицу данных опыта, полученных на такой установке.
Н а б л ю депо Вычислено
Контакт /7 да В
— — —— ,
I II 298,0 — + 20 156
I 10 238,6 546 -1- 19 610
I 9 179,8 675 + 18935
I 8 141,1 535 + 18400
1 7 91,1 825 + 17 575
I 6 50,8 880 4- 16 695
I 5 30,6 602 + 16 093
1 i4 15,4 680 4-15413
1 3 7,48 702 + 14 711
1 2 3,05 905 4- 13 806
1 1 1,00 1342 + 12464
Выключено
переключателем 0 1 675 4- 10 789
И 1 0,72 2 900 4- 7 889
П 2 1,33 4 523 4- 3 366
It 3 1,68 2 535 4- 831
Н 4 г 2,33 3 975 — 3144
И 5 3,05 3 380 — 6 524
II 6 4,10 2 900 — 9424
II 7 9,03 4115 — 13 539
11 8 16,18 1307 — 14 846
II 9 35,43 1 190 — 16 036
II 10 101,30 1650 — 17 686
М 11 298,00 2 470 — 20 156
в К. Грун. Лабораторные измерении ио электротехнике.
81
Как видим из таблицы, ход опыта следующий: сначала сопротивление
I и II выведены, затем ступенями вводится сопротивление I, наконец, ток:
выключается при помощи переключателя. Прн выключенном токе выво-
дится сопротивление I и полностью вводится сопротивление И, затем
включается ток и сопротивление II постепенно ступенями выводится.
Для контроля измерения можно снять и вторую сторону петли, начав
это измерение с наибольшего отрицательного значения тока. Перед этим
вторым циклом нужно переключить концы у баллистического гальвано-
метра (почему?).
Если требуется получить не петлю гистерезиса, а первичную кривую
намагничивания, то перед началом опыта нужно размагнитить ярмо и
пробу посредством плавно уменьшаемого переменного тока.
Вообще же при точных измерениях снимать кривую намагничивания
при помощи ярма не рекомендуется: благодаря неоднородности материа-
лов магнитопровода результаты часто страдают относительно большими
погрешностями.
При точных измерениях нужно ввести еще поправки на „обратное
срезывание" кривой. Причиной поправок является то обстоятельство, что»
на стержень действует не вся магнитодвижущая сила 0,4 «пег1, • I, — не-
большая часть ее теряется на намагничение ярма и на стыки. (Почему
нельзя учесть эти поправки, введя постоянный нрправочный коэфициент?)
Проведение опыта.
1. Нужно получить петлю гистерезиса для испытуемого образца.
Ход опыта: от -|- Нтах через О к — /7тах и от —Нтах через О к 4- Нтах.
Опыт должен быть повторен не менее трех раз, пока не будут получаться
тождественные результаты.
2. Размагнитить переменным током измерительное устройство и снять
затем кривую намагничивания.
3. Вычислить и построить кривую [!=/(//).
Вопросы для упражнения.
1. Почему сопротивление вторичной цепи должно быть немного больше кри-
тического сопротивления гальванометра?
2. Допустимо ли выключать во время опыта переключатель t/? Как это ска-
жется па ходе измерения и как может повлиять па баллистический гальванометр?
3. Для чего делят сопротивление на две части?
4. Почему при заказе заводу ступенчатого сопротивления желательно ука-
зывать, для испытаний какого рода магнитных материалов предназначено устрой-
ство (железа или стали)?
5. Как изменится схема измерения, если вместо стрелочного баллистического
гальванометра пользоваться зеркальным баллистическим гальванометром, у кото-
рого не может быть постоянной градуировки в гауссах?
6. Почему вторичная катушка помешена внутри первичной, а не обратно?
7. Можно ли прерывать опыт или повторять отдельные точки измерения?
26. Исследование железа прибором Кепселя.
Если через катушку из w витков, обладающую длиной I см, проте-
кает ток /, то напряженность магнитного доля внутри катушки
будет, как известно,
0,477 1»/
Н— эрстедов.
52
Если в катушке находится железо, то 1ак называемая магнитная
индукция В определяется уравнением:
0,4 — • тс» • I
R=\j-H— р - - - jayCvOB. (2)
Здесь |х — v a i н и т и а я проницаемое i ь, не постоянна по вели-
чине, а зависит от насыще-
ния В железа:
(3)
Из опыта определяем В и
строим кривую зависимости
магнитной индукции В or Н,
wl ,
или от -у- (ампервитков на
1 см) (фиг. 117). Затем под-
считываем согласно уравнению
(3) а = -^ магнитную ироницае-
п
мость и строим кривую ее за-
висимости от В (фиг. 118).
Кривая намагничива-
Фиг. 116. Прибор Кепссля фирмы Сименс
и Гальске.
ния (первичная кривая) (фиг.
117) нужна для расчета магнитных цепей в электромашиностроении.
Максимальное значение р. (фиг. 118) также может служить мерой
для суждения о качестве железа.
Когда после получения кривой B=f(H) сила поля Н вместе с силой
тока I уменьшены до нуля, магнитная индукция В (в железе) одновре-
В
Фиг. 117. Кривая намаг-
ничивания.
Фиг. 118. Магнитная про-
ницаемость в зависимости
от магнитной индукции В.
ФЙг. 119. Петля гисте-
резиса.
менно ие уменьшается до нуля, остается некоторая часть ее, остаточ
ное намагничение, и для устранения его необходима отрицательная
сила (коэрцитивная сила) поля (которую мы получаем, переключив на-
правление тока Z). На явлении остаточного намагничения основано изго-
товление постоянных магнитов.
Если намагничивающий ток J, изменяясь, пройдет целый цикл, именно
от 0 до -ф-1 и обратно — через 0 до — I и опять назад — через 0 до —|— Z, то
мы получим полную „петлю гистерезиса* (фиг. 119). Площадь последней
83
(F), согласно Варбургу пропорциональна работе, которая затрачивается
при перемагничивании. По Штейнметцу приближенно эта работа
А = -- • т. • В ' эргов иа 1 см7'.
4- max
(»)
Зная А и Z?raax, согласно уравнению (4) мы можем вычислить по-
стоянную гистерезиса v;. Причем Втах мы берем по пашей петле
гистерезиса, площадь которой F измеряем планиметром (или путем под-
счета заключенных в ней мм2 или см2).
Необходимо в этом случае принимать во внимание масштаб, в кото-
ром построена петля. Если по горизонтальной оси 1 см = а
поля Н, по вертикальной оси 1 см~Ь единиц магнитной
и наконец если планиметрированием найдено F в см2, то 1
а • b „ e
ствуст величине , а площадь г—величине работы
единиц силы
индукции В
см"1 соответ-
, F-<z-£
-4=-^ -
эргов на 1 см2.
а) Устройство прибора Кепселя. В ярме J прибора (фиг. 120) сделаны
с одной стороны два цилиндрических отверстия, в которые вставлена и
плотно закреплена, с помощью зажимных винтов, проба железа F. Эта
проба окружена намагничивающей катушкой S. Мы пропускаем в намаг-
ничивающую катушку от батареи V (от 6 до 12 вольт) ток /; силу
последнего можно регулировать посредством сопротивления R Переклю-
чатель U служит для перемены направления тока 1. Намагничивающая
катушка 5 сделана так, что ток I создает в испытуемом образце F на-
пряженность поля
Н = 100 • / эрстедов, (5)
или если выразить напряженность поля в ампервитках иа сантиметр, то
aw = 80 • Z,
где I — сила тока в амперах.
С другой стороны подковообразного ярма J, в его разрезе, как в из-
вестных магнитоэлектрических приборах, установлена в подпятниках из
драгоценных камней ось подвижной системы, состоящей из вращающейся
катушки с пружиной и стрелкой. Вращающаяся катушка 5 питается по-
стоянным по силе током i от элемента v (4 вольта).
Пока число силовых линий Ф (при / = 0) в железе еще равно нулю,
стрелка вращающейся катушки стоит на знаке 0 шкалы прибора, приспо-
собленной для отклонений в обе стороны.
При определенном токе I индукция В будет иметь величину согласно
уравнению (2), и через испытуемый образец будет проходить общее число
магнитных линий Ф — BF, причем F обозначает сечение испытуемого
образца.
Как мы видим, прибор Кепселя по существу является видоизменением
магнитоэлектрического прибора. Вращающий момент последнего, как из-
вестно, выражается следующим уравнением:
Л4вр = 0,15 . Fit • Wk • i,
где Fk — площадь вращающейся катушки, wr —ее число витков', В— ин-
дукция в .междужелезном пространстве и i — ток в катушке.
84
В магнитоэлектрическом приборе индукция В постоянна, отклонения
подвижной системы пропорциональны i. В приборе Кепселя, наоборот,
ток i поддерживается постоянным, изменяется индукция: отклонения по-
движной системы прибора пропорциональны индукции В.
Посредством соответствующего выбора силы тока / можно достичь
того, что для любого сечения F пробы железа отклонение стрелки при-
бора будет показывать иа шкале индукцию В в пробе железа непосред-
ственно в гауссах.
Итак, отклонение а измерительной системы пропорционально току i в
кагушке 5 и числу силовых линий Ф.
Мы имеем = = = причем !г — (с • F- i).
Сила тока i устанавливается обратно пропорционально сечению
образца, так что определенное отклонение а для каждого сечения ?
соответствует совершенно определенной магнитной индукции В. В новых
приборах Кепселя вспомогательный ток i вычисляется на основании
отношения
где число 500 является постоянной прибора, a F измерено в мм*.
Вместо отдельных амперметра А и миллиамперметра mA можно поль-
зоваться одним прибором с двумя тунгами.
Прибор Кепселя в данном случае непосредственно показы-
вает магнитную индукцию В, и шкала его градуирована в зна-
чениях В.
В этом заключается его большое преимущество перед другими при-
борами для испытания железа (ср. получение кривых намагничения с по-
мощью кольца Кирхгофа н др.).
Примечание. Так как намагничивающая катушка S охватывает испытуе-
мый образец, а не все ярмо, и так как кроме того налицо имеется воздушный
промежуток, то гропорциональность между отклонением а и магнитной индукцией
В — неполная.
Поэтому для очень точных исследований фирма Сименс и Гальске прилагает
к прибору так называемые линии срезывания; чтобы получит истинные
кривые намагничивания нужно абсциссы кривых опыта сложить алгебраич ски
с Соответствующими абсциссами линий срезывания (фиг. 121).
На практике во многих случаях измерения линии срезывания оставляются
без внимания, так как эта поправка бывает незначительной.
План работы.
1. Нужно получить кривую намагничивания и петлю гисте-
резиса для пробы железа (чугуна). Размагниченное состоя-
ние, т. е. отклонение 0, достигается повторением переключения (на
фиг. 120 при помощи U) при одновременном постепенном ослаблении
тока I. (Размагничивание железа производится в практике часто перемен-
ным током с убывающей амплитудой.) При получении кривой нужно
обращать внимание на то, чтобы сила дока при регулировании посте-
пенно только увеличивалась (или только уменьшалась)
так как Й противном случае в измерении получаются ошибки, и его при-
ходится начинать снова с нуля. Т1ри /=0 следует заметить величину
Ьо
остаточного магнетизма, и если возможно, то для значения В = 0 опре-
делить коэрцитивные силы.
2. Вычислить и начертить кривую р=/ (5) (фиг. 118).
3. Вычислить иа основании петли гистерезиса затраченную работу А
№ / н wl ~т В Р-
А ° A-W/cm G -
Фиг. 120. Схема для опре- Фиг. 121. Линии срезывания к прибору Кенселя и
деления* петли гистерс- кривые намагничивания.
зиса прибором Кенселя.
н коэфицнент гистерезиса
Штейнметца тр
w* I
Значения—-—в KW/см по-
лучаются из значений Н по-
средством деления на 0,4г (см.
уравнение 1).
Фиг. 122. Векторная
диаграмма.
27. Мощность и векторная диаграмма при переменном токе.
Общие замечания. 1. На фиг. 122 дана векторная диаграмма
для катушки самоиндукции с активным со-
противлением и самоиндукцией вклю-
ченной в цепь переменного тока.
Магнитный поток Ф не вполне в фазе с /,
яо отстает, вследствие влияния потерь в же-
лезе на угол а.
Обозначим через сопротивление группы
ламп; вектор напряжения С2 = /-/?2 направ-
лен параллельно вектору /; геометрическая
сумма его и вектора V1 дает общее напряжение К. Мощность перемен-
ного тока определяется формулой
Р= V 1 cos ср. (1)
86
Она может быть изображена графически, если повернуть вектор тока
или напряжения на 90° например .влево: (/) в положение ОД. Треуголь-
ник ОАВ явится тогда мерой мощ-
ности. Его высота
АС = h = / sin (90е — ?) =
— / cos Площадь треугольника
^=У'2,1 = ^ЛУ-1сжч),
т. е. она пропорциональна мощности Р.
Эта площадь достигает наиболь-
шей величины при ф = 0 (треуголь-
ник мощности F прямоуголен) и наи-
меньшей величины (=0) при я — 90°
«(треугольник мощности превращается
в прямую линию) (см. фиг. 124).
Фиг. 123а. Схема последователь-
ного включения L и R.
2. Векторная диаграмма для параллельного включения катушки и бата-
Фиг. 123b. Диаграмма на-
пряжений.
реи ламп (фиг. 125а) показана на фиг. 125b.
Теперь налицо только одно напряжение К
Но общий ток / делится здесь на токи
в ветвях Ц и /2.
Ток в лампах /2 находится в фазе с
напряжением V, ток в катушке наобо-
рот, отстает на угол 0. Геометрическая
сумма и Л дает общий ток /.
Примечание. В обоих случаях, благодаря неточности показаний ампер-
метра, вольтметра и ваттметра, может случиться, что коэфициепт мощности, под-
Р
считанный по формуле coscp = p.—ока-
жется больше единицы, что противоречит
теории. Поэтому перед подобными изме-
рениями обычно следует, как говорят,
сравнить между собой приборы,
т. е. по схеме фиг. 123а (выключив катушку
самоиндукции) включаем приборы и изме-
ряем мощность для различных нагрузок /
при постоянном напряжении /. Если счи-
тать правильными показания вольтметра и
ваттметра, то при безиндукционней нагрузке
О
Фиг. 124. Треугольник мощности.
показаниям амперметра из следую-
можно определить ток /, наити поправки к
№ V р | I отсчи- | тайное Ьч i I II /
- V W 1 1 А 1 д i А
тогда погрешность будет
План работы
щего уравнения:
1. Сравнить между собой показания приборов.
2. Последовательное включение согласно фиг. 123а. Для
двух случаев: a) и b) 1/8 измерить: Vit IZ2 и У; /, Р,,
Р* и Р и построить диаграмму и треугольник мощности.
£7
Вычислить различные коэфициенты мощности и сравнить с ними угол
в’диаграмме.
3. Параллельное включение по фиг. 125а. Для двух слу-
Фиг. 1251?. Сложение токов.
Фиг. 12',а, Параллельное включе-
ние L и R.
чаев: а) Ь) измерить V, Р, Р, и Pi и построить
диаграмму и треугольник мощности.
NB! При недостатке в приборах можно измерить ток /J} прерывая
цепь тока /2 и обратно.
Вопрос для упражнения.
Можно ли построить треугольник мощности (фиг/124), повернув вектор тока
или напряжения вправо на 90°?
28. Полный закон Ома для переменного тока.
Если нагрузка обладает омическим сопротивлением R, самоиндукцией
L, емкостью С, при напряжении V на ее зажимах (/ и 3), то в общей
форме закон Ома для нее будет выражен так:
0
Ф. г. 126. Включение для полу-
чения кривой резонанса.
о?
если три сопротивления R, и “вклю-
С<о
чены последовательно, как на фиг. 126.
Здесь Т — автотрансформатор, питаемый
переменным ’током меняющейся частоты f.
Напряжение Vf на зажимах дроссель-
ной катушки (здесь без железа) слагается
из омического падения напряжения / •
и индуктивного L • ш • /, причем <о —
— 2~ •/, и f обозначает частоту переменного тока. Если пред-
положить идеальный конденсатор, то напряжение Vc= - на его зажи-
мах опережает по фазе ток на 90°. Построим его из конца вектора
Vh направив вниз; геометрическая сумма и Vc будет представлять
собой напряжение У на зажимах нагрузки А и В (фиг. 127).
Если мы при постоянном напряжении на зажимах V будем менять-
частоту /= 2^
варьируя число оборотов генератора, го найдем некото-
рую, вполне определенную частоту /р (частота резонанса), при которой
ток / достигает максимума, хотя в /?, L и С не происходит никаких
перемен. Это явление имеет место тогда, когда в уравнении (1) для случая резонанса = (2)
J г
И
/ 1 1 Фиг. 127. Диаграм
7 2г у/1с ма напряжений,
(где L — в генри, С—в фарадах, IF— 10* pF); тогда согласно урав-
нению (1)
V = I • R,
как при постоянном токе. Реакции L и С взаимно уничтожаются.
План работы.
Для того чтобы провести опыт при низкой частоте, включаем боль-
шую самоиндукцию £ = около 0,18 Н последовательно с несколькими
блокировочными конденсаторами (которые соединены между собой парал-
fumjQ
Фиг. 128. Кривые
резонанса для раз-
личных затуханий.
оъ-
дукции £=0,18/7 при /? = 3 2
и построить кривую /=/(С)
(табл. 1)
2. При постоянном V менять
число периодов в пределах между
40 герцами и 60 герцами н одно-
временно измерять Vb Vc и I
а) при /? = 3£, Ь) при А* = 6 2,
для того чтобы проследить, в ка-
лельно, причем каждый из них имеет емкость 2 pF).
Если мы желаем получить резонанс при 50 перио-
дах, то нам нужна емкость
С = (\18'' ЗП5 = 56 f*F-
Следует провести два опыта:
1. При постоянной частоте/=50 герц и постоян-
ном напряжении У =20 — 30. V получить путем
изменения емкости кривую резонанса, при постоян-
ной самоин-
Тавлица 1.
кой мере активное сопротивление вызывает затухание колебаний. Затем
построить кривую зависимости / от f (фиг. 123, табл. 2).
Таблица 2.
Примечание. Частичные напряжения Vi и Vc желательно измерять
электростатическим вольтметром. Ваттметр в схеме фпг. 126 служит между про-
I Р '
чим для определения угла о фиг. 127 (cos <d = —~ ' а следовательно и относи-
' \ V • 1]
тельно положения в осях координат треугольника напряжении.
Разделив все длины векторов напряжения в диаграмме (фиг. 127) на
их общий ток I, получим диаграмму сопротивлений (фиг. 129). Как мы
Фиг. 129. Диаграмма
сопротивлений.
видим, во время первого Опыта резонанс, полу-
чаемый с помощью изменения С, наступает при
постоянных величинах R и L тогда, когда конеч-
ная точка В емкостного сопротивления Zc пона-
дает на ось действительных величин, т. е. когда
именно £си=-—. Перпендикуляр AF (фиг. 129)
Сео
является геометрическим местом для конечной
точки В луча Z общего сопротивления цепи, а I
достигает максимума, когда Z = R = ОС становится
минимальным.
Нужно начертить диаграмму напряжений для
одного из опытов, приведенных в таблице 1, и диа-
грамму сопротивлений для одного из опытов, вошед-
ших в таблицу 2.
29. Вибрационный гальванометр.
При измерениях переменного тока электротехника часто нуждается в
внулевом приборе", т. е. в измерительном приборе, по показаниям кото-
рого можно сулить об отсутствии тока в той или иной части цепи
(например в мостике Уитстона, в компенсаторе переменного тока и т. п.).
При постоянном токе нулевым прибором служит вышеописанный зеркаль-
ный гальванометр с подвижной катушкой (магнитоэлектрической системы),
при переменном токе роль нулевых приборов исполняют телефон и вибра-
ционный гальванометр.
У названного гальванометра подвижная система при прохождении тока
колеблется — вибрирует. Амплитуда этих колебаний и служит для сужде-
ния о величине переменного тока, прекращение колебаний указывает на
Исчезновение в данной цепи переменного тока.
Телефон используется в тех случаях, когда измерение ведется при
звуковой частоте; при низких частотах он не работает, и его заменяет
вибрационный гальванометр. В последнем используется принцип резонанса,
т. е. к подвижной системе энергия подводится в такт с ее собственными
колебаниями. Благодаря совпадению собственного периода колебаний под-
вижной системы и внешних толчков энергии можно достичь больших откло-
нений подвижной системы при незначительной затрате энергии. Следова-
S0
сельно в вибрационном гальваноме i ре со 'с гвеш jj>j часты колебаний под-
вижно!) системы должна быть равна частоте исследуемо) о переменного
тока. Для этой цели все системы вибрационных галыппюмефов приспо-
соблены для на стройки на резонанс с частотой исследуемого пере-
менного тока.
Чем точнее осуществлена эта настройка,
тем выше чувствительность гальванометра.
Существует несколько систем вибрационных
гальванометров, назовем например гальвано-
метр Кемпбелла, состоящий из проволочной
петли (шлейфы), помещенной между полю-
сами сильного постоянного магнита (по на-
званной петле проходит измеряемый пере-
ФигЛЗО.Схсматическое изоб-
ражение вибрационного
гальванометра Шеринга и
Шмидта.
создается посредством электромагнита
Фиг. 131. Вибрационный гальванометр фирмы
Гартман и Браун со сменной подвижной си-
стемой.
менный ток, благодаря чему она вибрирует)
или гальванометр Эныо, в котором намагни-
ченная стальная полоска дрожит между по-
люсами электромагнита, питаемого исследуе-
мым переменным током. Самым распространен-
ным вибрационным гальванометром является
гальванометр с иглой Шеринга и Шмидта, на
описании действия которого мы и остановимся.
Устройство вибрационного галь-
ванометра с иглой показано на фиг. 130.
На тонкой бронзовой нитн подвешена
маленькая железная пластинка „игла", снаб-
женная зеркальцем. Направляющая сила, которая действует на иглу,
G, возбуждаемого постоянным
током. Эта направляющая сила
меняется в зависимости от ве-
личины тока возбуждения Z и
определяет собственный пе-
риод колебаний намагничивае-
мой иглы. Через вторую осо-
бую обмотку W пропускается
измеряемый переменный ток /р,
который при каждой полуволне
стремится отклонять иглу на-
право или налево. Вследствие
этого игла приходит в колеба-
ние. Чувствительность гальва-
нометра достигает наибольшей
величины тогда, когда собствен-
ные колебания иглы соответствуют частоте измеряемого i временного
тока, т. е. когда между собственными колебаниями и переменным током
существует резонанс.
Настройка иглы на резонанс при определенной частоте переменного
тока достигается просто путем изменения силы постоянного тока /ff в
обмотке электромагнита при помощи регулировочного реостата. Для
наблюдения колебания иглы она снабжена маленьким зеркальцем; пучок
лучей света от лампы накаливания падает на это зеркальце и отражается
91
в ни/с свот.ий полоски на матово)! шкале. Игла находится в особом
эбонитовом фуьтяре (фиг. 131b). в котором сделано окошечко с линзой
для луча света; вся эта часть, заключающая в себе подвижную систему,
может быть заменена другой, в зависимости от чувствительности и ча-
стоты переменного тока, требуемой при измерении.
Оптическое приспособление для отсчета показано на фиг. 132. Путь
лучей прикрыт, для того чтобы можно было работать и при дневном
Фиг. 132. Оптическое приспособление для отсчета к вибрационному гальванометру
(фиг.,'131) фирмы Гартман и Браун.
свете. Выходящий справа, из источника
зеркальце гальванометра и отбрасывается
света, луч отражается слева н
на матовую шкалу (фиг. 133).
Если гальванометр дает отклоне-
ния, то на шкале появляется бо-
лее или меиее широкая полоса
света, внешние границы которой
можно отсчитать на шкале (фиг.
133). Полоса становится тем
шире, чем больше отклонение
гальванометра, а при отклоие-
Фиг. 133. Прозрачная шкала со световой по- нии, равном нулю, сжимается
лосой от гальванометра. в узку10 вертикальную полоску.
Определение чувствительности к току. Для этого измерения гальвано-
метр включается последовательно с очень большим известным безъинду-
кциоиным и безъемкостным сопротивлением (103 — 10ь £2) под неболь-
шое напряжение V, полученное при помощи реостата, включенного по
схеме „делителя напряжения “ (см. § 6). Сила тока, проходящего через
гальванометр
. _ V .., V
'г /< Z А’
где Zr — кажущееся сопротивление гальванометра (около 200 S). Отсюда
л iv V
чувствительность гальванометра к току будет: с; = - - = — ------в воль-
«1 Ro - <4
тах на одно деление шкалы, где at — ширина светлой полосы на шкале
вибрационного гальванометра.
32
Сила тока через гальванометр при этом измерении—величина порядка
10"6Д; напряжение V затруднительно измерять, если оно ниже 3—5 V,
так как вольтметры переменного тока на такие низкие напряжения тех-
нически очень трудно изготовить; следовательно должно быть не
меньше 10:>2. Если подобного сопротивления не имеется, то чтобы иметь воз-
можность все же произвести измерение, нужно несколько изменить
схему. Для этой цели возьмем в качестве /? (фиг. 134) точный магазин
сопротивлений (например 10 000 2) и включим цепь гальванометра,
состоящую опять из /?г н параллельно — небольшой части
(например 7?, = 12). Сопротивление /? включим под напряжение пере-
менного тока V и последнее будем измерять вольтметром. Если прене-
бречь ничтожным влиянием цепи гальванометра на
распределение напряжений на /?, то напряжение
на /?!, действующее на ветвь гальванометра, может
быть определено из отношения
V, Я, ,, ,, /?,
на основании чего ток в гальванометре
. = ~ И, = V-Ri
lr ~ R<> + Zr~ R}~ R-Rd’
и наконец чувствительность гальванометра к току
/г .
с< = — ==-к—-,г— А на деление шкалы.
а2 R‘Rd^i
Фиг. 134. Схема гра-
дуирования, гальвано-
Определение чувствительности к напряжению. Составляем схему
фнг. 135. Здесь последовательная цепь состоит из лампы накаливания,
проволочного реостата, точного сопроти-
вления R3 (порядка 10~3—10~42) и ам-
<Риг. 135. Схема для определения
чувствительности вибрационного
гальванометра к напряжению.
—V нерметра А.
Вибрационный гальванометр включается
''-у' .< зажимам R3 . Если пренебречь проводи-
мостью гальванометра по сравнению с про-
водимостью R3, то напряжение, действую-
щее на гальванометр, будет VT = RR3 и
чувствительность гальванометра к напря-
гу IR-R3
жению ст. = - ——- —.
На основании этих двух опытов находим и кажущееся сопротивление
гальванометра Zr=--L 2. (Объяснить почему.)
Плаи работы,
1. Определить силу постоянного тока, соответствующую настройке галь-
ванометра на резонанс с частотой используемого источника переменного тока.
2. Определить чувствительность гальванометра к току в зависимости
от тока возбуждения гПост в постоянном элек|ромагните гальванометра
93
и построить кривую зависимости чувствительности гальванометра от силы
постоянного тока возбуждения.
3. Определить чувствительность гальванометра к напряжению и по-
строить кривую зависимости этой чувствительности от силы постоянного
тока возбуждения.
30. Измерение самоиндукции и емкости мостиком Уитстона *.
Чтобы заставить протекать через нагрузку ток /, нужно преодолеть
кроме омического сопротивления проводников /? еще индуктивное сопро-
JR
Си Rnoc/regoSam.
L и Рпосл&добат
Фиг. 136. Основные диаграммы.
тивление (£о>) и емкостное сопро-
/ 1 \ „
тивление —- . Часть напряжения
\о)С7
иа зажимах нагрузки покрывает оми-
ческое падение напряжения (Z ♦ /?),
другая часть преодолевает ЭДС
самоиндукции (La/ = es), третья
создает зарядное напряжение
= vcj. Как самоиндукцию L,
так и емкость С можно измерить
мостиком Уитстона, питаемым пе-
ременным током звуковой частоты
с помощью телефона, или при
питании током низкой частоты
с помощью вибрационного гальва-
На фиг. 136 построены
нометра.
векторные диаграммы для типичных случаев
омического сопротивления, соединенного последовательно с самоиндук-
цией нли с емкостью.
Схема измерения.. На фиг.
137а АВ — калиброванная проволока со
скользящим контактом С; ab—вторая
(вспомогательная) проволока со сколь-
зящим контактом с, включенная между
катушками £, и £2. После выравнива-
ния, Zj и /а обозначают сопротивления,
пропорциональные длине первой прово-
локи, a ffij и тг обозначают то же для
• 5000
Фиг. 137а. Схема двойного мо-
стика Уитстона.
второй проволоки. Катушки самоиндук-
ции L обладают омическими сопротивле-
ниями г, и г2 и самоиндукциями £( и £2.
Напряжение V, например, при о> = 2х/= 5000 s'1 (J— 800 repip
посылает в мостик ток i, который делится на и i2, причем отстает
по фазе от тока Z2 на некоторый угол <р, благодаря тому, что верхняя
ветвь обладает самоиндукцией £, и £2, -в то время как нижнюю ветвь,
состоящую из одной натянутой, проволоки, можно рассматривать как
безъиндукционную. Мы передвигаем затем попеременно скользящие кон-
См. также измерение векторных сопротивлений при переменном токе.
94
такты С и с по проволокам мостика до тех пор, пока звук в телефоне Т
не исчезнет или не затихнет до минимума (или исчезнет ток в вибра-
ционном гальванометре). Для этого случая построена векторная диаграмма
(фиг. 137b).
Диаграмма. В произвольном направлении, например вправо по
оси абсцисс, отложим вектор тока a ilt отстающий на угол о, отло-
жим вправо вниз. Вектор ОВ = (z2 • z2 • Z2), равный напряжению на
зажимах V, есть чисто омическое паление напряжения в проволоке мо-
стика АВ, поэтому он совпадает по направлению с z2.
ЭДС самоиндукции — eSl = — • ш • — (OF) откладываем перпен-
дикулярно z’j, она опережает гг на 90°. Перпендикулярно к OF, т. е.
параллельно Zp строим омическое падение напряжения (z\ • rt) = (Fa) в
первой катушке. В том
же направлении отклады-
ваем zt • (/я, -р?«.2), оми-
ческое падение напряже-
ния в вспомогательной
проволоке ab, а также
еще и омическое па-
дение напряжения (z’j • Г2)
во второй катушке само-
индукции. В конечной
точке G перпендику-
лярно к FG, т. "е. пер-
пендикулярно к z’j, отложе-
на ЭДС самоиндукции—
/,2 • со • z’j = — е52; кон-
цом этой последней слу-
Фиг. 137b. Диаграмма для измерения самоиндукции
мостиком Уитстона.
жит точка В, так как геометрическая сумма напряжений в верхней
ве 'ви, изображенных ломаной линией OFGB, должна быть равна напря-
жению ОВ~ V на нижней ветви.
На основании подобия треугольников OFo и oBG мы можем написать
или
откуда
= == А
esi ^2 ^2
Ly • ш • z’j Zj
Z,2 • co • z, Z2 ’
или, когда имеем одну известную самоиндукцию Ln (эталон самоиндукции)
и другую неизвестную Lx
(1)
Как видим, длины «} и т.2 вспомогательной проволоки ab в фор-
мулу не входят. Для определения самоиндукции достаточно знать и /2,
а также 7,я.
95
Примечание 1. Полное исчезновение звука в телефоне наступает только
в юм случае, если частичное напряжение равно по величине и по фазе
(фиг. 137), т.е. если они совпадают в точке О0; тогда также и V» равно но вели-
чине и по фазе V4.
Примечание 2. Если мы измеряем самоиндукцию двух катушек, распо-
ложенных близко одна к другой, то кроме самоиндукции L имеется еще и взаи-
моиндукция катушек
Фиг. 138. Эталон
самоиндукции фир-
мы ГартманиБраун.
М. В зависимости от соединения измеренная величина
Lx будет
7.^ = 1, + ^ 4- 2М
Примечание 3. Источником тока может слу-
жить например зуммер или генератор переменного тока
звуковой частоты, дающие переменный ток с синусоидаль-
ной формой кривой. Если кривая не синусоидальна, то
мостик может быть выравнен, например на основной тон
(на основную волну переменного тока), но не на одно-
временно существующие обертоны высших гармонических.
При не вполне уравновешенном мостике мы не получим
полного исчезновения звука в телефоне: это имеет место,
например, если сопротивления обладают собственной ем-
костью или самоиндукцией: далее, если имеются допол-
нительные потери (от токов Фуко и гистерезиса) в метал-
лических частях и железных сердечниках, так как величина этих потерь зависит
от частоты.
План работы.
Нужно сравнить самоиндукцию нескольких
катушек с эталонами самоиндукции и резуль-
таты свести в таблицу.
Измерение емкости конденсаторов.
По закону Ома для переменного тока
СгЛ * 3000
Фиг. 139. Включение для
измерения емкости.
напряжение равно току X сопротивление. Так как в нашем случае £ = 0
и /? = 0, то при отсутствии тока в телефоне (фнг. 139)
(не включено никакого сопротивления /?),
ГЛЬ — Z1
и далее на основании условия равновесия мостика Уигствна
или
иначе
(»f
Зейбга для работы
Ниже мы рассмотрим два примера технического выполнения мостика
Уитстона для переменного тока; мостик Шеринга для работы при низкой
частоте с вибрационным гальванометром и мостик
при звуковой частоте с телефоном.
План работы.
1. Нужно сравнить три неизвестных емкости с
эталоном емкости.
2. Соединить измеренные емкости параллельно,
затем последовательно и повторить измерение.
Сравнить результаты второго и третьего изме-
рения с даииыми первого опыта.
Вопросы для упражнения.
1. Когда емкость в ветви BD равна нулю и когда
она бс’конечно велика? Иначе; как включить бесконечно-
большую емкость и емкость, равную н\лю?
2. Как можно измерить, при нол.оши i ытнетказанного двойного мостика
(фиг. bi?; взаимоиндукцию двух катушек, об.,_дло;цих известными самой,дик-
циями Л1 и ДЕ и соединенных последовательно?
Фиг. i JO. Штепсельный
мшазин емкое.ел.
31. Измерительный мостик высокого напряжения для измерения
емкости и диэлектрических потерь в конденсаторах и кабелях.
Согласно указаниям проф. Шеринга из PTR фирма Гартман и Браун
изготовляет измерительный мостик переменного тока, при помощи кото-
рою легко и с большой -точностью можно производить измерения
емкости и потерь в диэлек-
триках.
Этим мостиком измеряются также и
диэлектрические постоянные
твердых и жидких изолирующих
материалов. На фиг. 141 показана
схема включения мостика; здесь Сг обо-
значает объект измерения; С2 — эта-
лонный конденсатор, изображенный от-
дельно на фиг. 142 и 143, С4 — трех-
Фиг. 141. Схема включения мо-
стика высокого напряжения проф.
Шеринга.
рычажный регулируемый конденсатор;
п, г, и — безъемкостные и без-
индукционные сопротивления, S— ка-
либрованная проволока; Тг — источник
тока (трансформатор высокого напря-
жения); G—вибрационный гальванометр (фиг. 131); 3 — заземление для
предохранения производящих измерение от действия высокого потен-
циала.
Мостик приводится в равновесие с помощью сопротивления R9 и ре-
гулируемого конденсатора Ci так, чтобы отклонение вибрационного гальва-
нометра равнялось нулю. Сопротивление п может быть установлено соот-
ветственно величине зарядного тока (тока в цепи емкостей), а именно:
1 Physikalisch Technische Reichsanstalt Германский государственный физико-
- технический институт.
7 К. Груз. Лабораторные измерения но электротехнике. 97
Для зарядных токов до
При больших
противления, а
30 mA нужно п — со
250
750
2,5
5
включать отдельные шунтирующие со-
mA
mA
mA
А
А
п = 30 2
п = 102
п= 32
n= 1 2
п — 0,3 2
<р
Фиг. 142. Нормальный
эталонный конденса-
тор для измеритель-
ного мостика высокого
напряжения (фиг. 141).
токах нужно
именно:
Для зарядных токов до 10 А... Nw = 0,2 2
, , , , 30 А... Nw — 0,06 2
Высота допустимого рабочего напряжения уста-
навливается в зависимости от пробивной крепости
конденсаторов С, и С2. Наименьшее рабочее напря-
жение (5kV) определяется чувствительностью изме-
рительной установки.
Свободный от потерь в диэлектрике эталонный
конденсатор, для возможно большей его компакт-
ности, наполнен сжатым газом (азогом) и имеет ем-
кость 90 см (=510 ~4 jj-F); он испытан на напряже-
ние 180 kV (фиг. 142). Устройство вибрационного
гальванометра н обращение с ним описаны выше, стр. 90.
При зарядных токах до
ряемая емкость вычисляется
г- ____________ - /?4
~ D I „ ’ ‘
30 mA (п = сю) изме-
из уравнения (1).
Угол диэлектрических потерь 6
из уравнения (2)
tg 8 — ад .. С4.
При более высоких зарядных
ках (п<^оо) имеем:
г — г . 1002'. 100+ ^3
1 X «№ + <=)
tg з = /?4 <» —
100 — п — о
----------------Rt' “С4
(4)
(1)
(2)
то-
(3)
Фиг. 143. Схема
эталонного конден-
сатора (фиг. 142).
J—высокое напря-
жение, 2 — кожух,
3 — защитная об-
кладка, 4 — вну-
тренний цилиндр,
5— измерительная
обкладка, 6 — из-
мерительный про-
вод, 7 — защитная
обкладка, 8—ме-
талдич. футляр.
Членом, заключенным в прямые скобки, можно в боль-
шинстве случаев пренебречь, благодаря чему уравнение (4)
обращается в более простое уравнение (2).
Предел для частоты переменного тока при измере-
нии определяется вибрационным гальванометром, для
которого можно применять частоту приблизительно от
/=10 до 160 герц. Измерения производятся по боль-
шей части при f— 50 герц.
Предел измерений емкости колеблется между 30 см и 5,3 u-F.
Предел измерения угла потерь при регулируемом кондеям
98
саторе в 1 pF при/= 50 герц будет дяя tgS — 0,1 до 5°40'. Для боль-
ших углов требуется включить параллельно еще добавочный 'кон-
денсатор.
32. Мостик Зейбта для измерения емкостей.
Мостик Зейбта служит для измерения емкости, при звуковой частоте
он обладает четырьмя пределами измерений между 50 и 105 000 см.
Схема включения мостика изображена на фиг. 1-4, а внешний вид мо-
стика показан на фиг. 145. Мы познакомились выше (стр. 96) с прин-
ципами, на которых основано действие подобных мостиков; поэтому
из схемы без особых пояснений понятно, как работает данный мостик.
Четыре ответвления для телефона соответствуют четырем пределам изме-
рения М (четыре гнезда для штепселя) на фиг. 145. Вращающийся кон-
денсатор С (= 1 000 см) ре-
гулируется до тех пор, пока
в телефоне Т не наступит
Фиг. 144. Схема мостика Фиг. 145. Мостик Зейбта для измерения ем-
Зейбта для измерения ем- кости,
костн.
полное молчание. Источником тока служит зуммер Su, который приво-
дится в действие двумя сухими элементами, помещенными в аппарате.
Приложенная к прибору градуировочная кривая дает возможность от-
считывать измеряемые емкости, соответствующие различным положениям
вращающегося конденсатора.
33. Измерение векторных сопротивлений.
В технике слабых токов редко применяется и очень затруд-
нительно измерение токов или мощностей, так как ввиду их малой вели-
чины для их измерения нет подходящих приборов, а принято определять
так называемые векторные сопротивления, т. е. сопротивления
при переменном токе, — кажущиеся сопротивления, имеющие опреде-
ленную величину и направление., В дальнейшем мы будем отмечать век-
торные сопротивления и векторы тока и напряжения чертой иад буквой,
х обозначающей.
Примечание. Они не являются векторами (в смысле вектор-
ного анализа!). Полученные из треугольника напряжений (по Флеммипгу) по
1 ' 99
средством деления всех векторов напряжения на величину тока 1 они не пред-
ставляют собой максимального значения какого-либо переменного сопроти-
вления. Векторное сопротивление не меняет (подобно току и напряжению) своего
направления и вполне определяется его составляющими активным и реактив-
Фиг. 1 io. Мссгнк для из-
мерения больших само-
индукций.
ным сопротивлениями.
Векторные сопротивления графически изобра-
жаются на плоскости в виде отрезков определенной
величины и направления, а аналитически в виде ком-
плексного числа. То же относится и к обратной ве-
личине сопротивления, векторной проводи-
мости® У=4-. Применение векторных сопротивле-.
пий позволяет вести подсчет с величинами перемен-
ного тока как с величинами постоянного тока. Закон
Ома например изображается так
Схема На фиг. 147 показана схема мо-
стика Уитстона для переменного тока. Источ-
ником тока служит зуммер, или машина, дающая ток звуковой ча-
стоты (см. § 47), примерно /==800 (w —5 000),
по возможности, с синусоидальной формой кри-
вой. В качестве нулевого прибора применяется
обычно телефон (или вибрационный гальва-
нометр). Zx— это неизвестное векторное сопро-
тивление, например какая-нибудь катушка (с же-
лезом или без такового), Zn — векторное со-
противление эталона самоиндукции, причем его
активное сопрошвлеиие Rn может быть выра-
Фиг. 147 Moct ик Уитстона
для переменного тока.
жено в омах, а его самоиндукция в генри
(или в сантиметрах). У?, —это добавочное со-
противление, которое с помощью переключателя
к Zx или к Zn‘, и Z2 будут сопротив-
ления (омические), соответствующие
длинам проволоки Z мостика.
При постоянном токе мостик, как
известно, можно уравновесить (без по-
мощи /?2), если омические сопротивле-
ния Rx и Rn катушек относятся как
длины проволок / и Z2; но при пере-
менном токе телефон и в этом случае
ие молчит! При возможном неравен-
стве самоиндукций и активных сопро-
тивлений в сравниваемых катушках напряжения Vx и Vn на их кон-
цах не совпадают по фазе, между тем как частичные напряжения
проволоки мостика равны по фазе. Телефон молчит лишь тогда, когда
в__нем нет тока, т. е. когда разность потенциалов его зажимов
(И— Vac—Vad) равна нулю.
может быть по желанию включено
Фиг. 148. Диаграмма векторных со-
противлений.
1 См. Thomalen, Lehrbuch dcr El., 9 Auflage, Julius Springer, 1922
8 Cm. Breisig, Theor. Telegr., 1924. S. 225, Verlag Vieweg u. Sohn.
100
Диаграмма. На фиг. 148 показана диаграмма сопротивлений мо-
стика. В фазе с током I (произвольно нанесенным вправо ио направлению
оси действитсл! ных величин) отложены активные напряжения, а вместе с
ними и активные сопротивления
OC = RK и OG = Rn. Пер-
пендикулярно к их направле-
нию из их конпов построе-
ны реактивные conpojнвлсния
AC—:Lv<b и FG = Ln<s>. Гипоте-
нузы ОА и OF представляют со-
бой, таким образом, вектор-
н ы е (кажущиеся) сопротив-
ления катушек Zx и Zn. Со-
ответствующие сдвиги фаз бу-
Фпг. 149. Диаграмма пат.ряжении после урав-
новешивания мосгика.
дут и <p,t, а соответствую-
щие напряжения Vx н Vn из зажимах катушек находятся, как известно.
в фазе с векторными сопротивлениями Zx и Zn.
Если мы теперь включим сопротивление Rg к
Zx и будем менять его до тех пор, пока геометри-
\ ческая сумма (Zx^-R2) не совпадет по папра-
влению с Zn, то напряжения и V совпадут
л г по фазе друг с другом (фиг. 149), а также с то-
Фиг 150 Диаграмма ком г в пРоволоке мостика. Так как I совпадает
напряжения перед урав- по фазе с Гдв, то, при равенстве фаз Ух+2иУп,
новешиванием. векторы этих напряжений, которые дают
в сумме Гдд, должны лежать только на на-
правлении результирующего вектора Vab- Ср- также фиг. 150,
на которой напряжения Vx и Vn изображены не в фазе, как это
имеет моего до уравновешения мостика.
План работы.
Сначала, с помощью скользящего кон-
такта С, мы добиваемся минимума звука, а
Фнг. 152. Эталон
самоиндукции.
затем включаем доба-
вочное сопротивление
Rz последовательно с Zx
(или с Zn) и меняем
его до тех пор, пока
не улучшим минимума
при повторном передви-
Фиг. 151. Диаграмма сопро-
тивлений, соответствующая
уравнению (1).
женин С. Таким образом мы попеременно изме-
няем С и Rg до того момента, пока телефон
замолчит.
Тогда диаграмма сопротивлений мостика будет иметь вид, показанный
на фнг. 148 и 151, причем
Л?" _ К U + г) _А
. I, ’
(О
101
т. е.
^ + ^ = ^•7-.
^ = п. -
Сдвиг фаз <® вычисляется на основании условия
(2а)
(2Й)
Абсолютная величина (длина луча Zx) векторного сопротивления
будет
[ZJ= +
Примечание 1. Во время уравновешивания сдвиг фаз о уменьшается,
вследствие включения Rz, благодаря чему частичные напряжения Кх+Т и Ил по-
степенно с двух сторон приближаются к общему напряжению (фиг. 150), пока
не совпадут с ним окончательно. Одновременное передвигание С создает правиль-
ное соотношение напряжений, необходимое для исчезновения звука в телефоне.
Примечание 2. Сопротивления R являются активными сопроти-
влениями; в них входят также и возможные сопротивления, обусловленные поте-
рями в железе и потерями на вихревые токи в близлежащих металлических массах.
Самоиндукции L учитывают также возможное, благодаря влиянию вихревых токов,
ослабление силы поля и называются поэтому действующими самоиндук-
циями. Если в измеряемой самоиндукции ие имеется сопротивлений, обусло-
вленных такими потерями (эталон самоиндукции, конечно, должен быть свободен
от подобных потерь, поэтому ои наматывается из проводника в виде тонкой изо-
лированной ленточки), то уравновешенный мостик должен сохранить правильность
отношения сопротивлений также при постоянном токе: поэтому гальванометр,
включенный при постоянном токе на место телефона, не дает отклонения. В про-
тивном случае для определения величины сопротивления г, обу-
словленного потерями, следует до тех пор изменять сопротивления Rz, в то же время
ие трогая с места, из положения 1и скользящий контакт С, пока не исчезнет ток
в гальваиометре. Если в этом случае г обозначает изменение сопротивления R&
причем Rz было включено в ветвь R& то уравнение (2£) примет следующий вид
Rx + Rz + r — Rn' у <
(2c)
откуда при известной величиие сопротивления Rg легко вычислить величину со-
противления г. Благодаря замене переменного тока постоянным исчезло со-
противление г, вызванное потерями при переменном токе, которое входило в Rx
и, чтобы вновь уравновесить мостик при постоянном токе (а = 0), не изме-
няя соотношенияя у-, нужно было увеличить сопротивление Rz. Прирост со-
противления Rg точно равен величине сопротивления г,
обусловленного потерями.
Но если Rg включено в ветвь R„, то Rz нужно уменьшить иа величину г и
тогда получаем
Rn 4" Rz — г it
(2d)
При вполне уравновешенном мостике, при включении постоянного тока, галь-
ванометр не должен давать ни длительного, ни баллистического отклонения.
102
В з а и мо и н д у к ц и ю двух кгпушек можно определять, пользуясь способов,
•©писанным выше, уравнение (hi). См. также стр. 175, уравнение (4).
План работы.
Измершь несколько векторных (индуктивных) сопротивлений порознь
и при последовательном соединении построить диаграммы сопротивлений.
Вопросы для упражнения.
I. Какой вид принимает диаграмма, если Rz приключено к Rn, и в каком
«учае это имеет место?
2. Какой вид примет диаграмма при емкостных сопротивлениях
(Я=0; со>^>0)?
3. Что происходит, если во время измерения изменяется <о?
34. Мостик дли измерения малых самоиндукций.
Тот, кто ознакомился с основным опытом (стр. 94 „Измерение индук-
ции и емкости мостиком Уитстона"), поймет сразу специальную кон-
струкцию мостика фирмы
Сименс и Гальске (фиг. 153
и 154). АВ — это главная
проволока мостика; сопро-
тивление %г-\-гп между а
и b соответствует вспомога-
тельной проволоке между
неизвестной самоиндукцией
Lx и регулируемым этало-
ном самоиндукции Ln. Этот
последний состоит из (сме-
Ь
Фиг. 153. Схема мостика (фиг. 154).
железным сердечником, который не дает
сколько-нибудь заметных потерь на ви-
няемой) катушки с подвижным
хревые токи.
Прибор снабжен еще двумя катуш-
ками и двумя соответствующими им
градуировочными кривыми, которые по-
казывают зависимость самоиндукции эта-
лона от положения железного сердеч-
„ ника.
Фиг. 154. Мостик фирмы Сименс и ~ о _______
Гальске для измерения малых само- Одна из катушек имеет 8 витков
индукций. ‘ (приолизительно от 35-10 7 до
65«10"7Н) для пределов измерений
мостика от 10”* до 10“7Н, другая катушка имеет 60 витков (прибли-
зительно от 25- 10~5 до 35- 10”5Н)для пределов измерений мостиком
м 10”а до 10 аН.
План работы.
Прежде всего устанавливаем на проволоке АВ посредством передви-
жения скользящего контакта С соотношение длин — для получения (вна-
чале ие очень острого) минимума звука. Затем передвигаем попеременно
103
сердечник и скользящий контакт С на вспомогательной проволоке
между гх и гп (предварительно нужно включить и добавочное сопроти-
вление А?г) до тех пор, пока не получим острого минимума звука. Тогда
имеем
^=^•4- G)
В качестве источника тока, применяется, ввиду незначительности со-
противлений, источник тока звуковой частоты довольно большой силы
(при более высоком напряжении между источником тока и мостиком
включается трансформатор); чтобы устранить влияние магнитного поля
источника тока, последний устанавливается на расстоянии 1 — 2 м от
мостика.
Измеренные действующие самоиндукции учитывают
также возможное ослабление поля действием вихревых токов. Сопроти-
вления Rx и гх в плече Lx являются не только омическими сопротивле-
ниями проводников, но и активными сопротивлениями. Кроме
омического сопротивления оии содержат также увеличение сопротивления,
обусловленное действием вихревых токов, излучением и поверхностным
эффектом. Эти сопротивления, обусловленные потерями, можно отсчитать
на маленькой дугообразной шкале
Если мы добились острого минимума при переменном токе и вклю-
чаем затем к А и В источник постоянного тока, то включенный на
место телефона гальванометр не должен давать никаких
отклонений. Так как эталонная катушка самоиндукции Ln, сделанная
из витков медиой ленты, не дает потерь на вихревые токи так же, как
и железный сердечник, сделанный из железного порошка, то мерой для
искомого сопротивления потерь будет значение сопротивления иа эту
величину находим, передвигая контакт С по проволоке А? до тех нор,
пока возможное отклонение гальванометра ле станет равным пулю.
35. Мостик для измерения больших самоиндукций.
Конструкция мостика Сименс и Гальске (фнг. 155) соответствует уста-
новке основного опыта (стр. 94). Проволока мостика АВ, измеряемая
самоиндукция Lx, эталон Ln и лежащее между ними добавочное сопро-
тивление А?, образуют цепь. Между Lx н Rx пли между Ln и R.z вклю-
чается телефон (илн при измерениях сопротивлений, обусловленных по-
терями,—-гальванометр G).
В зависимости от Положения штепселей на концах это добавоч-
ное сопротивление будет включено или к Ln илн к Lx. Ключ 5 позво-
ляет одним поворотом включать в мостик вместо переменного тока
звуковой частоты постоянный ток.
Целесообразно выбирать эталон, приблизительно равный по величине
неизвестной самоиндукции.
План работы.
Изменяя попеременно и отношение на проволоке мостика по-
104
средством передвижения скользящего контакта С до тех лор, пока не
добьемся острого минимума звука, получим
Lx = Ln> 1
Здесь также для измерения векторных сопротивлений имеют место и
остальные отношения, указанные на стр. 99.
Для измерения сопротивления, обусловленного потерями, мы пе-
реключаем мостик на постоянный ток и изменяем точько /?г до тех
пор, пока в гальванометре не
исчезнет имеющееся налицо
длительное отклонение. Если 7?г
включено к Lx, то, при изме-
нении 7?г на величину г, по-
лучим
Rx Rz + г = Rn * -Л (2)
или, если включено к Ln,
Я, = г- (3)
Из уравнений (2) и (3)
можно вычислить обусловлен-
ное потерями сопротивление г.
Точность измерения при
катушках, свободных от по-
терь, достигает приблизительно
0,2 — О,5°/0 и падает при на-
личии потерь на вихревые
токи.
Конечно этим мостиком мо-
гут быть измерены также и
взаимоиндукции и ем-
кости, а также и сопротив-
ления жидкостей и т. д.
Фиг. 155, Мостик для больших самоиндук-
ций фирмы Сименс и Гальске.
При штепселе: в гнезде Z сопротивление Rz
присоединено к N, в гнезде II сопротивле-
ние присоединено к X, NN — эталон само-
индукции, XX—измеряемая самоиндукция
36. Получение сдвига на 90°.
Если мы включим последовательно две катушки самоиндукции (фиг. 156),
обладающие кажущимися сопротивлениями 1 Zt и Z„, а параллельно к Z,
безиндукционное сопротивление то мы можем посредством изменения
Z, и R3 добиться того, чтобы ток в Z2 был сдвинут по фазе по-
отношению к напряжению V немного больше или меньше, или ровно на
90° (так называемая схема Гуммеля).
Для построения диаграммы (фиг. 157) мы должны установить ^исход-
ный пункт: прежде всего мы определяем общее сопротивление Zft раз--
1 См. стр. 99.
105
ветвления (Z2 j| /?3), а затем рассматриваем схему, как последовательное
•соединение Zt и Zk.
Мы представили себе, что /?а еще не включено (следовательно
и строим векторы, изображающие Z2 и Z2 на фиг. 157; это
OtO и ОА. Сумма их будет Z = Zj -pZ, — ОХД, вектор общего тока/
направлен по оси действитель-
ных величин (активных сопро-
тивлений!). Если мы включим
параллельно Z2, то тогда Zj скла-
дывастся уже не с Z2, а с
| z„ = (z,\\r3).
1-------------------------------J Чтобы найти Zk, мы строим
величину проводимости ОВй =
Фиг. 156. Схема для получения сдвига на 90°. -г, , ч
J = У2 под углом ( — Ф2) ВНИЗ
от оси действительных вели-
чии. Проводимость G3 || / геометрически складывается с и
тогда мы получаем вектор Yh проводимости разветвления под углом
(—ft)-
Обратную величину Zk — — мы откладываем под углом-J-cpfe вверх
от оси действительных величин; это будет вектор Zfe = ОА^. Общее со-
противление Z= является геометри-
ческой суммой Zj и Zk.
Ток находится в фазе с V, и
/?з
совпадает по направлению с Zk, так как-
вектор напряжения У2 совпадает по на-
правлению с отрезком, изображающим со-
противление разветвления Zk. Ток i9 сов-
падает по фазе с проводимостью
Так как общий ток I направлен по
оси действительных величин, то мы можем
построить треугольник токов. Векторы на-
пряжений V имеют одинаковые направле-
ния с лучами, изображающими соответ-
ствующие сопротивления. Мы узнаем, что
Фиг. 157. Диаграмма 90* вклю-
чения.
У, перпендикулярен к V, потому что в этом случае ваттметр, катушка тока
которого включена в ветвь Z2, а цепь напряжения под напряжение
Y, покажет ^нуль.
Примечание. На основании закона Ома имеем:
106
План работы.
Измерить значения токов ц и Z3 напряжений V, и Vv а также
мощности Р и построить диаграмму для трех случаев.
?^90° соответственно Р<0
(именно диаграмму сопротивлений, напряжений и токов).
37. Поверка индукционных ваттметров, фазометров, указателем
реактивной мощности и т. п.
Электродинамический ваттметр может быть поверен при постоянном
токе, а затем, будучи включен в цепь переменного тока, показывает пра-
вильно мощность; между тем поверка фазометров, указателей cos ин-
дукционных ваттметров, индукционных счет-
чиков, ваттметров реактивной мощности, из-
мерителей реактивного тока, счетчиков без-
ваттной энергии, короче всех индукционных
измерительных приборов, во внутренней схеме
которых имеется сдвиг на 90°, имеет сле-
дующие недостатки: эти приборы могут
быть поверены только переменным
током, что благодаря все же неровной ра-
боте (по сравнению, с поверкой постоянным
током, получаемым от аккумуляторов) заве-
домо препятствует точности измерений. Кро-
ме того, необходимо приспособление, позво-
ляющее изменять фазу тока относительно на-
пряжения не только для установки искус-
ственного сдвига фаз при • подгонке па
зав ще измерительных приборов, но и для
установки стрелки на различные значения
шкалы, при различных условиях работы, а
также и прн повторных поверках. Фиг. 158 Фазорегулятор.
Нужный сдвиг фаз можно получить
прн трехфазиом токе посредством так на-
зываемого фазорегулятора (трансформатора фаз). Этот послед-
ний построен по тому же принципу, что и двигатель трехфазного тока,
и состоит из неподвижного статора с трехфазной'обмоткбй и, снабжен-
ного также трехфазной обмоткой, ротора (фиг. 158). Ротор затормо-
жен, но при помощи особого механического приспособления может быть
установлен в различных положениях по отношению к статору.
При включении статора в сеть трехфазного тока в статоре возни-
кает вращающееся поле, которое создает в обмотке ротора напряжение
одинаковой частоты, сдвиг фаз которого в отношении сети зависит от
места ротора, так как вращающееся поле обмотки пересекает витки ро-
тора, в зависимости от положения обмотки в статоре, раньше илн позд-
нее, чем обмотку статора.
Фазометр градуируется по ваттметру' при помощи амперметра и
вольтметра. I
ЮТ
Схема включения для поверки при помощи фазорегулятора изобра-
жена на фиг. 159. Катушки тока фазометра Ph и ваттметра W включены к
.сети однофазного тока Е последовательно с амперметром и с нагрузкой
(в данном случае с лампами накаливания).
Цепи напряжения ваттметра и испытуемого фазометра включены па-
раллельно под вторичное напряжение V фазорегулятора, первичиая об-
мотка которого включена в сеть трехфазного тока D.
Посредством вращения механическим приспособлением фазорегуля-
тора можно регулировать фазу {V, /), а с помощью безнндукционного
регулировочного сопротивления R также и величину напряжения V. Если
мы будем отсчитывать ток I по амперметру, мощность Р по ваттметру W,
то для поверки показаний фазометра будем иметь
Р
ct>s,? = T7‘
Соответствующий угол сдвига фаз о нужно отыскать 'в таблицах.
В учебных заведениях, не имеющих фазорегулятора нли трехфазного
тока, можно заменить их включением катушки тока ваттметра и фазо-
Фиг. 159. Схема для поверки фазометров, ваттметров, указателей реактивной
мощности и т. п.
метра в ветвь Zg схемы Гуммеля (фиг. 156, стр. 106) и присоединить
цепи напряжения этих приборов к зажимам АВ-, таким путем можно
получить сдвиг фаз в 90° н около того. Далее сдвиг фаз меньше чем
на 90° можно получить, включив на место ламп накаливания в сеть одно-
фазного тока Е большие регулировочные дроссельные катушки (фиг. 50),
а сдвиг фаз больше чем на 90° можно получить посредством перемены
направления тока либо в цепи тока, либо в цепи напряжения фазометра
и ваттметра и затем отрегулировать более точно сдвиг фаз при помощи
той же самой регулировочной дроссельной катушки.
Индукционный ваттметр поверяется, как и вообще все ватт-
метры (стр. 24), но только с помощью переменного тока и без пере-
ключения, так как земиое поле при переменном токе ие оказывает никакого
влияния. Включение показано на фиг. 159, причем фазометр в э’ом слу-
чае должен быть заменен поверяемым индукционным ваттметром. Повтор-
ную поверку можно произвести, как указано выше, путем сравнения с элек-
тродинамическим точным ваттметром. При этом нагрузка может меняться
либо путем изменения силы тока при постоянном (номинальном) напря-
жении и ф=0 (лампочки накаливания), либо путем изменения при ма-
ксимальном (номинальном) токе фазы тока / по отношению к постоян-
ному (номинальному) напряжению V; в последнем случае изменение про-
изводится с помощью фазорегулятора. Так как ток и напряжение при
108
этом остаются постоянными, то по отклонению точного ваттметра
(в процентах от максимального отклонения) можно судить о сдвиге фаз
(особого указания cos о здесь не требуется); таким образом: 100% = 0°,
50% = 30°, 86,6% = 60°, 0% = 90°.
При градуировании заново индукционного ваттметра поверке пред-
шествует установка на 90°-пый сдвиг путем создания искусственного
сдвига фаз в цепи напряжения прибора по следующему методу.
При номинальном токе и номинальном напряжении устанавливаем
электродинамический ваттметр путем вращения регулятора фаз на макси-
мальное отклонение а для о=
= V) = 0 и регули-
руем магнитное сопротивле-
ние дроссельной катушки
(фиг. 160) в цепи напряжения
индукционного ваттметра (пу-
тем изменения воздушного
зазора в сердечнике катуш-
ки) до тех пор, пока по-
веряемый индукционный ватт-
метр не покажет предельного
отклонения на всю шкалу.
После этого, тоже при
номинальном токе и номи-
нальном напряжении устана-: г
вливаем, вращая фазорегуля-
тор, точный ваттметр на от-
клонение, равное 0, что будет Иметь
регулируем включенное параллельно
У
Фиг. 161. Диаграммы для индукционного
ваттметра.
15и, Внутренняя схема индукцион-
ного ваттметра. ।
место при (Z, V) = 90°, и
сопротивление (фиг. 160) до
тех пор, пока индукционный ватт-
метр не покажет нулевого откло-
нения.
Но при этом происходит на-
рушение ранее установленного мак-
симального отклонения индукцион-
ного ваттметра при ? = 0, н это
отклонение приходится вновь уста-
навливать посредством Dv А бла-
годаря этому опять-таки слегка
перемещается нулевая точка при
7 = 90°, которая в свою очередь должна быть выверена вновь посред-
ством Гр итак выверяем попеременно то и другое, пока не получим
нужных результатов.
Ток в катушках напряжения окажется тогда сдвинутым по фазе
по отношению к напряжению на зажимах V на 90° (фиг. 163), так #ак
в индукционных приборах отклонение их пропорционально I ♦ Zs sin (Д Q.
Обычно, после произведенной выверки сдвига фаз, градуирования и
после закрепления отрегулированных сопротивлений и rlf включен-
ных в цепь напряжения, во избежание ошибок производится повторная
поверка индукционных ваттметров, особенно при трехфазном токе, при-
чем однофазные ваттметры поверяются по схеме, указанной раньше
109
(фиг. 161), а двойные ваттметры — путем включения в цепь трехфазного
тока по схеме Арона.
Ваттметр реактивной мощности показывает нулевое от-
клонение при безындукционной нагрузке и максимальное отклонение при
сдвиге фаз 9 на 90° между током и напряжением. Он может быть испы-
тан по схеме, изображенной на фиг. 159, и должен показывать
D i,
Фиг. 162. Внутренняя схема
указателя реактивной мощ-
ности.
Рр = V • I sin 9.
Как и для индукционного ваттметра,
фаза V меняется с помощью фазорегуля-
тора н таким путем, например при номи-
нальном напряжении и токе, устанавливаются
различные отклонения а на ваттметре реактив-
ной мощности, причем величина сдвига фаз
снова определяется по отклонению стрелки
нормального ваттметра (в процентах от макси-
мального отклонения); V и / конечно должны
поддерживаться постоянными.
Выверка и регулировка ватт-
катушках системы s на-
метра реактивной мощности про-
исходит способом, применяемым для индукционного ваттметра.
Добавочное сопротивление R и катушка D (фнг. 164) попеременно
регулируются прн 9=0 и соответственно при 9 = 90°
до тех пор, пока ваттметр реактивной мощности не .
покажет при © = 0 нулевое отклонение, а при 9= I
= 90°—максимальное отклонение. v
В первом случае ток в
ходится в фазе с 1, во вто-
ром он сдвинут по отно-
шению к ним на 90°.
Все сказанное может быть
отнесено и к измерите-
лям реактивного тока,
которые являются не чем
Фиг. 163. Диаграммы для ваттметра реактивной
мощности.
иным, как ваттметрами, про-
градуированными для постоянного напряжения; поэтому они показывают реак-
тивный ток /р = 1 • sin 9. То же относится и к счетчикам реактивной энергии.
38. Поверка счетчиков ваттчасов переменного тока.
Общие замечания. Для измерения потребления энергии в установках
переменного тока применяются почти исключительно индукционные
счетчики ваттчасов. Вышеописанный электродинамический счетчик был
бы пригоден н для переменного тока, подобно тому, как пригодны для
переменного тока электродинамические ваттметр, амперметр и вольтметр;
но индукционный счетчик по своим эксплоатационным свойствам значи-
тельно удобнее электродинамического счетЧика, он значительно проще по
конструкции, дешевле и прочнее последнего, что и объясняет полное от-
сутствие в эксплоатации электродинамических счетчиков переменного тока.
110
Как и все индукционные приборы, индукционный счетчик пригоден только
для переменного тока
На фиг. 164 схематически изображено устройство индукционного счет-
чика ваттчасов переменного тока, а на фиг. 165 — его внешний вид (без
кожуха). Здесь 1 — короткозамкнутый виток на токовом магнитопроводе
(служит для регулировки 90°-го сдвига); 2 — тормозной магнит (регули-
ровка при 100% нагрузки); 3—компенсатор трения (регулировка при
10% нагрузки); 4—-магнитный шунт н 5 — задерживающий крючок (для
устранения самохода).
Рабочий ток / проходит через токовую обмотку (/ фиг. 165), размещен-
ную в виде двух катушек из небольшого числа витков толстой проволоки на
U-образном железном сер-
дечнике, на втором железном
сердечнике помещена напря-
женческая катушка счетчика
из большого числа витков
тонкой проволоки, по этой
обмотке (£) проходит ток,
пропорциональный напряже-
нию установки. Рабочий
ток / создает переменный
поток Ф/, напряжение У
создает магнитный поток Ф^.
Этн два потока создают вра-
щающееся поле неправиль-
ной формы (называемое так-
же „блуждающим" магнит
ным полем); последнее прн
своем движении пересекает
алюминиевый диск счетчнка
и приводит его во вращение.
Вращающий момент, созда-
ваемый двумя переменными
магнитными потоками /Иср =
= /<1.ф1,.ф/.81П (Ф„, ф/);
здесь и ниже К — коэф-
Фиг. 164. Схема индукционного счетчнка.
фнциенты пропорциональности. Порознь Ф/ пропорционален току 1Г
а Фо — напряжению У, следовательно /Ивр = • У • / • sin (Ф„, Ф/).
Для того, чтобы этот вращающий момент был пропорционален
мощности, необходимо, чтобЬ sin Ф7) —созф, а для этого
нужно, чтобы <£ (Фг„ Ф/) = 90° — ©.2 В индукционном счетчике это
условие осуществлено посредством магнитного шунта {4 — на фиг. 164)
в напряженческом магнитопроводе; с помощью этого шунта угол сдвига
фаз между У и Фо сделан примерно равным 90°. Для более тонкой
регулировки (Фр, Ф/) служит короткозамкнутый виток (J) на токовом
магннтопроводе счетчика; этот виток может в небольшой мере изменять
сдвиг фаз между / и Ф/. Тормозящий момент создается главным образом
1 Теорию индукционных приборов см.: Грун, Электротехнические измеритель-
ные приборы.
* См. также §§ 35 и 38.
НГ
воздействием потока постоянного магнита (2) на диск счетчика, подобно
тому, как это имеет место в электродинамическом счетчике (§ 10).
В первом приближении можно считать, что тормозящий момент 7ИТМ —
д
= К,-Ф,---------п, где Ф„—
р
магнитный поток постоянного
магнита, Д—толщина диска, р —
удельное сопротивление мате-
риала диска н п — число оборо-
тов диска в единицу времени.
При включении в цепь вра-
щающий момент заставляет диск
счетчика увеличивать скорость
зращения до тех нор, пока
•’ращающий и тормозящий мо-
менты не станут равными. Сле
ювательно, при установившейся
скорости вращения диска счет-
чика
/Ивр = А'о • V / • cos ? —
Л1гм — Л"3 • Ф ~ч1
Р
или
Ао • Р т т г
п = кГф^-^ °S't==
= Л'4 • V / • cos ? ~ • Р,
Фиг. 1б т Ииаукииипны!. счетчик. т. е. число оборотов диска счет-
чика в единицу времени про-
порционально мощности или, иначе, яа - сумма оборотов, сделанных дис-
ком счетчика за промежуток времени от ди пропорциональна энер-
гии Л, потребленной в контролируемой установке:
ni — К, • Л — Kft f V • I • cos 9 • dt.
Как и в электро-
динамическом счет-
чике, трение нару-
шает эту пропор-
циональность; благо-
даря трению урав-
нение моментов при-
нимает следующий
вид:
Фиг. 166. Схема поверки индукционного счетчика.
^вр — ^тм “Н Л^гр-
При больших нагрузках ;Итр ие оказывает сколько-нибудь заметного
влияния на показания счетчика, так как момент треиия в этих условиях
незначителен по сравнению с моментом торможения 7ИТМ, создавае-
ма
мым постоянным магнитом. Зато при малых нагрузках с уменьшением числа
оборотов п пропорционально уменьшается тормозящий момент, создавае-
мый постоянным магнитом, но в то ясе время момент трения уменьшается
в значительно меньшей степени (при убывании Л17М на 8О°/о Жгр умень-
шается только на 4О°/0), и в результате правильность работы счетчика
нарушается. Чтобы уравновесить влияние трения, индукционный счетчик
так же, как электродинамический, снабжается компенсатором трения (3).
Компенсация трения осуществляется посредством создания небольшой не-
симметрии в цепи напряженческого магнитного потока. В приведенной на
фиг. 164, 165 конструкции это осуществлено с помощью железного винта,
ввинчиваемого в магнитопровод. Наличие несимметрии вызывает сдвиг по
фазе небольшой части напряженческого потока по отношению к осталь-
ному магнитному потоку. Эти два потока создают небольшой вспомога-
тельный вращающий момент /Инс, величина которого пропорциональна
квадрату напряжения. Уравнение моментов, таким образом, принимает
следующий вид:
Л/вр -ф- Л1ВС 34тр = -Мтм-
Вспомогательный момент может, при повышении напряжения, вызвать
„самоход" счетчика (т. е. вращение диска под действием одного напря-
Фиг. 167. Кривая погрешностей индукционного счетчика.
жения, без тока). В целях предупреждения „самохода" счетчик снаб-
жается так называемым задерживающим („тормозным") крючком (5) в виде
куска железной проволоки, притягивающейся к постоянному магниту (в дру-
гих конструкциях — к напряженческому магнитопроводу).
Схема поверки. На фиг. 166 показана схема соединений для поверки
однофазного индукционного счетчика при питании поверочного устрой-
ства от сетн переменного тока. Источниками тока служат два специаль-
ных трансформатора; один дает нужное напряжение для напряжепческой
цепи счетчика, а другой — требующуюся силу тока при низком напря-
жении. Очень часто эти трансформаторы снабжаются рядом выводов для
регулирования коэфициента трансформации посредством изменения числа
витков обмотки.' В нашей схеме регулировка напряжения осуществляется
посредством реостата, включенного последовательно (регулировать прихо-
дится в небольших пределах). Регулировка тока осуществляется посред-
ством двух реостатов, включенных по схеме делителя напряжения. Для
того, чтобы иметь возможность регулировать сдвиг фаз между током и
напряжением, мы включаем напряженческую цепь поверочного устройства
через фазорегулятор (см. стр. 107).
Поверка счетчика. Необходимо, чтобы перед начало^ поверки части
счетчика приобрели температуру, соответствующую нормальным рабочим
8 К. Грун. Лабораторные измерения по электротехнике 113
условиям. Нужно, произвести прогрев счетчика. Для этой цели счет-
чик включается под номинальное напряжение и нагружается током, рав-
ным, примерно, 1 00% от номинального, при cos<p = l.
Прогрев продолжается, примерно, 30 минут, мы используем его для
первой приближенной поверки, а именно для поверки по показаниям
счетного механизма. Для этой цели записываем показания счетного меха-
низма счетчика в начале и в конце прогрева, затем показание ваттметра,
а также отмечаем время. По показаниям счетного механизма за время t,
минут потребление энергии равно Л, киловаттчасов. Примерно эту же
величину должно дать
-.-ЛА- r-r.-^i t.j , показание ваттметра Ри
умноженное на время
(в минутах) и разделен-
ное для перевода в ки-
ловаттчасы па 1000 и
на 60, а именно:
А' = Р-‘<
1 1000-60'
Закончив прогрев счет-
чика, выключаем ток,
увеличиваем напряже-
ние на 10°/о выше но-
минального и следим
за тем, не имеет ли
счетчик самохода,т.е. не
вращается ли диск его
под действием только
одного напряжения бла-
годаря вспомогатель-
ному моменту, созда-
Фиг. 168. Поверочный стол трехфазного тока. ваемому компенсатором
трения.
Убедившись в отсутствии самохода, мы проверяем, достаточна ли чув-
ствительность счетчика. Даем при coso=l нагрузку, равную 0,5% от
номинальной, и смотрим, вращается ли диск (нужно проследить один
полный оборот). Правила для счетчиков требуют чувствительности
в 1%, мы же испытываем в лаборатории счетчик иа чувствительность
при 0,5% нагрузки, чтобы быть уверенными в безусловно достаточной
чувствительности счетчика.
Закончив эти предварительные опыты, мы переходим к основной по-
верке счетчика, а именно к поверке по оборотам диска. Для этого пред-
варительно просчитываем по щитку счетчика, какое число оборотов дол-
жен делать диск в одну минуту при номинальной нагрузке.
Например, на щитке счетчика поставлено 120 V, 50 А, 1 kWh — 480
оборотов. Следовательно, номинальная мощность счетчика 56.120 = 6000 W,
и в минуту через измерительную систему счетчика при номинальной на-
грузке проходит энергия=0 1 kWh, и, значит, счетчик должен
60-1000
делать в минуту 48 оборотов. Округляем это число до 50 оборотов, они
, 60 • 50 __ _
должны быть сделаны счетчиком в ——- = 62,5 сек. ото и есть гИд—*
48 •
время для идеального точного счетчика.
Приступаем теперь к поверке.
Для опытного проверителя достаточна продолжительность отсчета
около 1 минуты, но для неопытного нужен большой срок. Мы в пашем при-
мере берем промежуток времени
около 2 минут, следовательно мы бу-
дем отсчитывать при 100% нагрузки
счетчика л,00= 100 оборотов, им со-
ответствует время /ид=123 сек. От-
счет времени мы ведем по точному
секундомеру. За основные точки по-
верки счетчика можно принять 100%,
50% и 10% при cos <р =1 и, на-
конец, 50% при cos 9=0,5. Нагрузку
мы всюду считаем в % от / поми-
нального. Для того, чтобы сохранить
одно и то же мы берем лво =
и п10 = В нашем примере сле-
довательно это будет w30 = 50,
п10= 10. Отсчитываем по секундомеру
действитсльиое время /д и опреде-
ляем погрешность счетчика в % при
разных нагрузках:
/=^рл100„л_
В нашем примере возьмем =
= 122 сек. при 100% нагрузки, тогда
/= 123^122 = ож.
Нашей задачей в лаборатории фиг. 169. Схема работы регулкро-
является более обстоятельное испыта- вечного авто-трансформатора,
нне счетчика, поэтому мы не доволь-
ствуемся вышеприведенными точка-
ми и снимаем полиую кривую счетчика, а именно точки 5, 10, 20, 30 и т. д.
до 150% от / номинального при cos <р = 1 и при cos = 0,5. Фиг. 167
дает пример кривой погрешностей для нового счетчика. В заключение
нашего исследования счетчика проверяем его на 90°-ный сдвиг: устана-
вливаем по ваттметру ф = 90° при I номинальном и смотрим, стоит ли
при этом неподвижно диск счетчика.
Для массовой поверки счетчиков употребляются специальные повсроч-
иые столы, иа которых моитируется вся схема устройства. На фиг. 168
изображен такой небольшой поверочный стол на два счетчика трехфаз-
ного тока. Здесь 1 — фазорегулятор, 2 и 3— регулировочные трехфазные
1,г
.пн(>1рс1нсформагоры, заменяющие регулировочные реостаты в токовой и
шшряжепчсской цепях, и, наконец, 4 — два точных электродинамических
ваттметра, включенных для поверки по схеме Дрона. Как мы видим, в по-
добных устройствах сии]а тока и напряжение измеряются техническими
амперметрами и вольтметрами.
Для регулировки особенно удобны регулировочные автотрансформа-
торы с плавной регулировкой без скачков. На фи». 169 показана схема
такого автотрансформатора. Здесь G — подразделенная на 8 частей обмотка
главного автотрансформатора, а В — вспомогательный автотрансформатор,
служащий для тонкой регулировки. По внешней форме последний напо-
минает проволочный реостат. В нем эмалированная медная проволока на-
мотана на железный (замкнутый) сердечник; по верхней зачищенной по-
верхности эюй проволоки может передвигаться движок. Грубая регули-
ровка осуществляется посредством системы двойных контактов, к которым
Фиг. 170. Горизонтальный поверочный аггрегат.
выведены копны секций автотрансформатора G; по этим контактам дви-
жутся две щетки, соединяющие их через две контактные полосы с концами
обмотки автотрансформатора В. На фиг. 169 показаны четыре последо-
вательных положения этих щеток при регулировке напряжения или тока
на вторичной стороне, начиная от нуля. В положении 1, перемещая дви-
жок В вверх, мы плавно повышаем напряжение В2 от нуля до 27g = *-
от- 27,. Доведя движок В до верхнего положения, мы переведем щетки во
2-е положение. При переключении щеток напряжение не изменится.
Чтобы дальше плавно повышать 272, мы передвигаем движок В теперь
уже вниз, пока при нижнем его положении нс достигнем
2 г,
Е2 = -g- и т. д.
Питание поверочных столов от сети переменного тока имеет суще-
ственные недостатки. Колебания напряжения в сети вызывают колебания
нагрузки в поверочной схеме и тем самым мешают точности поверок,
наконец и частота городской станции иногда не соответствует частоте,
требуемой при поверке. По' указанной причине в хороших поверочных
116.
устройствах _1.1Я питания установок служат особые поверочные аггрегаты
(фиг. 170 и 171).
Подобный гитршаг сосюш из двух генераторов переменного или
грехфазного юка и одного двигателя постоянного тока, приводящего
и движение весь гптрегат. Двигатель этот, равно как и возбуждение гене-
раторов, питаются от независимой достаточно мощной аккумуляторной бата-
реи. Один генератор питает день тока поверочного стола, другой же -
пень напряжения. Для регулировки сдвига фаз обмотка статора одного
из генераторов может поворачиваться по отношению к статору другого
генератора. Посредством червячной передачи можно регулировать поло-
жение указанной обмотки, изменяя угол сдвига фаз ь пределах 360°. Часто
подвижная обмотка смещается при помощи
маленького .сериесного двшателя („серво-
мотора’1). Это обстоятельство позволяет
управлять сдвигом фаз па расстоянии.
(В Москве, в электролаборатории Коми-
тета по стандартизации РСФСР повероч-
ные аггрегаты помещены в подвале, а по-
верочные столы во 2-м этаже; на Мос-
ковской Городской Электрической станции
(МОГЭС) поверочные аггрегаты помещены
в подвале, а поверочные столы на 7-м
этаже).
План работы.
1. Произвести прогрев счетчика и по-
верить счетчик по счетному механизму,
прогрев вести 30 минут.
2. Проверить отсутствие самохода у
счетчика.
3. Проверить наличие достаточной чув-
ствительности счетчика.
4. Поверить счетчик на основных точ-
ках, а именно: 100,50 и 1О°/о от I при
cos<р=1 и 50% при coscs — 0,5.
5. Снять полную кривую погреш-
ностей счетчика 5 —150%.
Фиг. 171. Вертикальный пове-
рочный аггрегат.
. . Вопросы для упражнения.
1. хМожно ли поместить компенсатор трения на токовом магнитопроводе?
2. Какие преимущества представляет собой расположение задерживающего крючка
напротив напряженческого магнитопровода?
3. Как объясняются изгибы кривой погрешностей счетчика, полученные из опыта?
4. Что значит, если прн малых нагрузках счетчик дает отрицательную погреш-
ность, т. е. кривая загибается вниз?
5. Как регулировать счетчик? ' I
39. Дроссельная катушка.
Возьмем катушку без железа. Пусть л — омическое сопротивление ее
обмотки; можем считать, что силовой поток Ф находится п фазе с то-
ком / так же, как и омическое падение напряжения I • г. Вектор ЭДС
самоиндукции Es ~ направлен перпендикулярно к вектору Ф (я вместе
117
с тем и к вектору У), напряжение 7 на зажимах катушки является гео-
метрической суммой ЭДС — Es, уравновешивающей названную ЭДС само-
индукции, и омического падения напряжения / • г. Слагающая / • г на-
пряжения V сбздает в сопротивлении г силу тока I. Ток I отстает от
напряжения на зажимах V на угол <р, который меньше 90®
Фиг. 172а.
Дроссельная
катушка.
(фиг. 172&).
Если же в катушке имеется железо, то, кроме потерь
на нагревание током обмотки, имеют место еще и потери
в железе, благодаря гистерезису и вихревым то-
кам (токам Фуко). Слагающая ih тока I покрывает эти
потери, другая же слагающая создает поток Ф. Мы
считаем, что вторая слагающая тока в фазе с силовым
потоком в катушке Ф, а слагающая ih в фазе с напря-
жением ( — £), вектор которого перпендикулярен к вектору Ф (фиг. 172с).
Итак ток / в катушке представляет
собой геометрическую сумму и гд, а
напряжение на зажимах V—геометриче-
скую сумму ~—Е3 и I • г, как уже было
упомянуто.
Угол а между / и Ф обусловливается
потерей работы в железе и называется
поэтому углом потерь в железе.
Если из конечной точки С вектора напря-
жения на зажимах V мы опустим перпен-
дикуляр СВ на I, то на векторе / он от-
сечет отрезок ОВ.
Перпендикуляр, опущенный из С на Ф,
пересекает ОВ в точке А.
ОА — 1-r, т. е. омическому падению
Фиг. 172#. Диаграмма дроссель-
ной катушки без железа.
напряжения в мсдиой обмотке; АВ-hr-м—добавочное активное напря-
Фиг. 172с. Диаграмма дроссель-
ной катушки с железом.
жение, которое обусловлено затратой мощ-
ности в железе, причем гж обозначает
фиктивное сопротивление при переменном
токе, которое нельзя измерить постоян-
ным током, но которое соответствует из-
меренной при помощи ваттметра при пе-
ременном токе мощности, затрачиваемой
в железе Z2 • гж, н которое может быть
названо сопротивлением потерь
в железе.
Перпендикуляр ВС представляет собой
реактивное напряжение причем L—
это действующая самоиндукция.
Слагающая АС (перпендикулярная к Ф),
которая вместе с омическим падением на-
пряжения OA=^=hr дает в сумме напря-
жение на зажимах 7, называется индуктивным падением напря-
жения Е. Она вычисляется из уравнения (4) (см. ниже).
Общее сопротивление потерь активное сопротивление,
равно как и действующая самоиндукция L, могут быть измерены также
118
при помощи мостика Уитстона (см. измерение векторных сопротивлений
в технике слабых токов, стр. 99).
План работы.
Опыт 1. Мы включаем сначала дроссельную катушку D по схеме
фиг. 173 в цепь постоянного тока и при помощи амперметра и вольт-
метра определяем согласно закону Ома омическое сопротивление обмотки
катушки.
Получаем
Затем включаем нашу цепь под напряжение переменного тока и из-
меряем ток / в катушке, напряжения V на ее зажимах (2 — 2), а также
и мощность Р.
Фиг. 174. Соединение для полу-
чения магнитных характеристик.
Фиг. 173. Соединение для из-
мерения при первом опыте.
(принять во внимание потребление мощности измерительными приборами’.).
По показаниям измерительных приборов для построения векторной диа-
граммы имеем V, I и ср, омическое падение напряжения / • г в обмотке,
индуктивное падение напряжения Е I Ф и угол потерь в железе а. Если
мы разложим ток / по направлениям Е и Ф, то получим и слагающие
ift и /ц.. Окружность, построенная на V, как на диаметре, отсечет па /
отрезок, равный активной слагающей напряжения I (гН-бк ), точка пере-
сечения вместе с тем определит перпендикуляр BC — L<aI. При известной
частоте f можно на основании этого определить графически действующую
самоиндукцию L, если не удобно вычислять L по формуле
р/ уа :р—р*
(3)
Опыт 2. Получение магнитных характеристик. Из тео-
рии переменных токов мы знаем, что
ф =-----------— максвеллей. (4)
• 2т w
При постоянной частоте f и числе витков w можно изменять сило-
вой поток Ф, меняя Е, причем приближенно можно принять E7Z напря-
жению иа зажимах V. Чтобы избегнуть искажения формы кривой, лучше
119
изменить напряжение с помощью трансформатора (или автотрансформа-
тора с изменяющимся коэфиниентом трансформации (см. стр. 115), а непу-
тем последовательного включения сопротивлений.
При 2 — 3 различим! величинах воздушного зазора в магнитной цепи
Фиг. 175я. Общий поток Ф в
зависимости, от AW при раз-
катушки, Z == 0, 4, 8 мм мы измеряем,
пользуясь схемой по фиг. 174, ток I и напря-
жение на зажимах У.
При известных значениях / и w мы
вычисляем из уравнения (4)
причем
|/‘2 • 10s
2z • / • w '
(5)
личных воздушных зазорах.
Если мы, зная w и /, определим число
ампервитков, то сможем построить кривые зависимости от тс/, как
это сделано на фиг. 175а.
Ф0^Л- V,
V7ZE и
№ V I р COS w/ ф.
— V А W 1 — AW м
лого зазора. Мы изменяем воздушный
ков от длины воздуrn-
зазор в магнитной цепи ка-
40. Прибор Эпштейна для испытания железа.
При переменном, токе в машинах и приборах, содержащих железные
массы, вследствие образования вихревых токов и вследствие перемагничи-
вания (гистерезиса) имеют место так называемые потери в железе,
в противоположность тепловым потерям /2-г в обмотках (потери в меди).
Прибор Эпштейна служит для определения потерь в железе путем
испытания проб листового железа. Из полос одинаковой длины и ши-
рины испытуемого железа собираются четыре одинаковых пакета квад-
ратного сечения; эти четыре пакета помещаются внутрь четырех нама-
120
гничивающпх капшек 5, монтированных на деревянном основании при-
бора. Пакеты железа, с помощью зажимных приспособлений, концами
плотно прижимакпся друг к другу, составляя таким образом замкнутый
четырехугольник. Размеры для проб железа предписаны нормами Герман-
ского Союза Электро-
техников (принятыми и
в СССР): пластины ли-
стового же теза должны
иметь размер 500 X
X 30 мм; между собой
они должны быть про-
ложены папиросной бу-
магой; минимальный
вес каждого пакета -
27, кг.
В стыках между паке-
тами, во избежание то-
ков Фуко, должен быть
проложен пресшпан тол-
щиной в 0,15 мм.
Зажимы АВ при-
бора включаются (со-
гласно схеме фиг. 176с
частоту которого можно регулировать в широких пределах (синхрон-
ный генератор, соединенный с шунтовым двигателем по-
стоянного тока).
Измеряются во время опыта ток в приборе I, при-
ложенное напряжение V, потребляемая мощность Р и
частота / применяемого переменного тока.
Далее должен быть известен общий вес G про-
бы железа. Если Рж —чистая потеря мощности
в железе, выраженная в ватгах, которую получаем,
вычтя из измеренной мощности потери в меди / • V
прибора н теп. юные потери (г\2 • г, i2a г2) в цепях напряжения вольтметра
Фиг. 176а. Прибор Эпштейна для испытания железа
фирмы Гартман и Эраул.
к источнику переменного тока Л’, напряжение и
Фиг. 176е.
и ваттметра, то получим
Рж
(1)
G ’
— потери в железе в ванах на кило-
грамм (W/кг).
Опыты производятся двумя способами:
а) напряжение V W зажимах прибора
меняется при постоянной частоте
Фиг. 176с. Включение прибора
Эпштейна.
V* = F(B0) (фнг. 178),
b) магнитная индукция Во поддерживается-постоян-
ной, а число периодов / меняется = F{f) (фиг. 180).
В обоих случаях приложенному напряжению V соответствует вполне
определенная максимальная магнитная индукция Вй. Если Фо — макси-
121
мальное значение общего потока, Г — сечение пробы железа в сл;2, то мы
получим
Ф. = В.-Г.
(2)
Из теории переменных токов мы знаем, что индуктированная ЭДС
самоиндукции при синусоидальной кривой тока будет
1
отсюда
Фиг. 177. Диагра'*ма к
прибору Эпштейна.
= w Ф, • IO’» -р^=~ V1 (3)
или, заменяя
2
Es=~y~ .nf.w.B^F- 10'8 V; (За)
yV-g^io8
2к/« w • F
гауссов (4)
Диаграмма прибора Эпштейна изо-
бражена на фиг. 177. Если мы оставим без
обмотке прибора, то
внимания омическое падение напряжения I • г в
тогда можно считать Es равным напряжению на
зажимах V, а из уравнения (4) мы имеем
для V^E
_ ГГ- V-10’
Bl> = -2T.f.wF ГауСС0В' (4й)
например для ES7ZV—100 вольт при w —
= 600 (150 в одной катушке), F=6,5 слг2,
/=50 герц, — будем иметь
Фиг. 178. Потери в W/лгг
в зависимости от интуи-
ции Во при различных по-
стоянных частотах.
, Г 2 • 100-10’
’«= ^.50.ооо.'в,Г"= 12 500 гаусс0Е-
Если известно G = 10 кг, а Рт оказалось равным 30 W, то для
Во = 12 5ОО гауссов потери в железе на килограмм будут
1 Напомним вывод: при Ф=Фй sin W имеем es = — = — w ф0 cos a>f,
т. e. максимальное значение es будет Ет=- — <i> • w • Фо в абсолютных единицах
и £^ =—2х/« w • Фй • 10-в вольт, а действующее значение
Ещ 1
£J==-p= ~ рТ • 2тс/* w • фо ’ 10-’V.
122
Фиг. 179.
Примечание. Если сечение Г пробы железа неизвестно, то его можно
вычислить из уравнения
G = V • у = I > F • т,
и
F= см’, (5)
где V—объем железа в см*, I— длина пробы в сантиметрах н у— удельный
вес пробы железа в граммах.
Проведение опыта.
При этом, если это нужно, следует принять во внимание прн вычи-
слении мощности собственное потребление мощности измерительными
приборами.
Поступаем следующим образом
Р« = Р' — V’ • ----Z’r=P' — р — рг (6)
Г1 Г2
z, ~ ™; Zj|= -- (см. фиг. 176с). (7)
ri гз
Если нам в уравнении (4) нужно точно определить Es иа основании
диаграммы фиг. 177, то мы должны были бы
считать
Es = |/ V2 — (7 • г)2 вольт, 7 при этом со-
гласно диаграмме определится из уравнения
Р = (Г)2 -j- Р — 2 Г - i cosср'
и
, Р'
c0SC?=V7F-
Чтобы непосредственно измерять E# новые приборы Эпштейна снаб-
жаются вторичной обмоткой с тем же числом внтков, что и в
первичной. При работе с таким прибором вольтметр и напряжеическая
катушка ваттметра включаются к зажимам вторичной обмотки. Благодаря
такому включению вольтметр непосредственно показывает Es, а ваттметр
Р 2 Е 2
Р = ЕГ 7-cos (^•7) = Рж+рпр = Рж4-^Ч-7£-, (8)
"1 '2
где г2 — сопротивление вольтметра, а — сопротивление напряженческой
цепи ваттметра, наконец рПр — потребление мощности вольтметром и
напряженческой цепью ваттметра.
Разделение потерь в железе. Потери в железе составляются из
потерь иа гистерезис Рл н потерь на вихревые токи Ру. Величина этих
потерь определяется из полученного опытным путем уравнения Штейн-
метца следующим образом ,
Рж= Pi-]-P/=TQ в эРгах на-сле3, (9)
причем т) — коэфициент гистерезиса по Штейнметцу, 5— коэфициент для
потерь на вихревые токи. Как мы видим, потери иа вихревые токи рас-
тут пропорционально квадрату частоты. Если бы Рж было дано в
123
W/кг, а не в эргах на см3, то нужно было бы правую половину ура-
внения помножить на 10 '1. 128, так как 10 7 эргов/сек. = 1 W и около
128 см3 железа весят 1 кг.
Тогда получим
Кк = 128 • 10 “ 7 [т| Bfj 4-5 - У9 • /?ца] в W/кг. (9а)
Пользуясь уравнением (9а), можно вычислить Во при известном числе
витков w и сеченин железа F для любой величины приложенного на-
пряжения V [см. уравнение (4а)]. Если мы будем считать частоту f по-
стоянной, то уравнение (9а) можем изобразить так
Кк = А (10)
На фиг. 178 для различных
выс, определяемые уравнением
Фиг. 180. Разделение потерь
в железе.
ность вычислить коэфициенты
постоянных значений f построены кри-
(10). Эти кривые мы должны так-
же получить из опыта. Если сохранять
магнитную индукцию В9 но-
р
стоянкой, то величину -у можно счи-
тать постоянной (уравнение'4а), и при
меняющейся частоте f зависимость вели-
чины --у-от частоты, определяемая урав-
нением (9а), графически изобразится
в виде прямой линии. Эта прямая служит
дла разделения потерь л дает возмож-
потерь т) и $ из отношений (фиг. 180)
=128 • 10-7 • Tj • Я1'6 н Vj- = 128- 10“ Е • И,-.
План работы.
1. Собрать схему испытания, в случае двухобмоточного прибора
включить вольтметр и напряженческую цепь ваттметра ко вторичным
зажимам прибора Эбштейна.
2. При трех постоянных значениях частоты f (напр. 25, 50 и 75 герц),
изменяя Ех, проследить зависимость от Во и построить соответствую-
щие кривые (фиг. 177). При вычислении потерь в железе ввести поправку
на потребление мощности измерительными приборами (формула 8), а
в случае однообмоточного прибора Эпштейна и на потребление мощности
в меди первичной обмотки. По данным опыта построить также кривую
B0^F (ХГ).
3. Поддерживать постоянным £0 (10000 нли 15000) и изменять ча-
стоту /. Чтобы иметь возможность поддерживать постоянным Во при
различных У, необходимо предварительно вычислить на основании фор-
2
мулы За (Es = -• - ♦/• w • Вп • F • 10 8 вольт — 4,44 w • В} • F •
I
• 10~8 V) величину Ех, соответствующую выбранному значению 50 при
различных / (например прн 50 — 10000, да —600, Г —6,5 получим
124
Es~ 1,733 / и следовательно при /=50 герц, £^ = 86,6 вольта и при
/=25 герц, Es -43,3 вольта). На основании данных опыта произвести
графическим путем разделение потерь (фиг. 180) и определись коэфи-
циенты Штейнметца.
№ Bo— пост. E = ПОСТ. n \ V / p' p Pr Рж f Кж= ~ ' f
—| гауссов обор./мин.| V A w \v w w герц W:K2 Ws/кг
Подобным же образом может быть испытан ненагруженный транс-
форматор.
41. Диференциальный прибор для испытания железа.
Раньше существовало большое количество приборов для испытания
железа, теперь они объединены в несколько типов. Кроме приборов для
испытания железа, названных выше (прибора Кеп-
селя, ярма Гопкинсона и прибора Эпштейна),
укажем еще на одну относительно новую измери-
тельную установку Сименса и Гальске, в’ которой
соединены два полных прибора Эпштейна и с по-
мощью которой по дцфере идиальному
методу определяются намагничивание и
величина потерь в железе.
Определение намагничивания 1 про-
изводится по схеме фиг. 181а, с помощью ди-
фереициального метода, основные положения ко-
торого даны еще Максвеллом. Здесь Рп и Рх—
первичные катушки, Sn и —две вторичные
катушки двух полных приборов Эпштейна (фиг. 183),
из которых один содержит образцовую пробу же-
леза А/, другой — испытуемую пробу железа X.
Фиг. 181а. Схема для
определения намагни-
чивания.
Вторичные испытательные катушки S включены последовательно с со-
противлениями гп и гх. Возникающие в катушках S при переводе
быстродействующего переключателя U индуктированные ЭДС частично
компенсируются по отношению к гальванометру, вследствие вклю-
чения навстречу, а, остающаяся часть создает в баллистическом галь-
ванометре G баллистическое отклонение а. Ясно, что путем изменения
соотношения сопротивлений --- можно свести баллистическое отклонение
к нулю. Тогда при равном числе витков, вследствие пропорциональности
между ЭДС Е и силовыми потоками Ф, имеем
Е,
Е,
Вп-Еп
ВХ.ЕХ
(1)
1 Подробно см. ETZ, 1911, s. 1131, van Lonkhuyzeu u. die Vorschriften d, VDE
fiber die Priifung von Eisenblech.
12b
где В будет магнитная индукция и F— сечение железа пробы, или
или, при одинаковых сечениях F,
ВХ=^ВГ
(2)
Фиг. 1816. Включение для
определения величины по-
терь.
Если Вп для нормальной пробы известно, например из измерения
абсолютным методом! то мы можем вычислить Вх из отношения сопро-
тивлений гх и г„.
Конечно измерительная установка фирмы Сименс и Гальске так скон-
струирована, что отсчет по амперметру для обеих проб дает непосред-
ственно силу поля в AW/сле и что при отклонении* гальванометра, рав-
ном нулю, на шкале сопротивления гх указывается индукция Вх испы-
туемого листового железа, причем гп выбирается тоже численно про-
порциональным Вп. Обычно следует давать
индукции В25, Bw Z?IOO и £?з0о соответствую-
щие 25, 50, 100 и 300 AW/сл, из которых
две требуются правилами VDE.
Определение величины потерь. 1
На фиг. 181 N и X снова обозначают пробы
железа, и Wx— два ваттметра, которые
соединены друг с д(!угом в один двойной ватт-
метр, включенный по диференциальному спо-
собу. Катушки тока систем Wn и Wx вклю-
чены последовательно с первичными катуш-
ками Р, а их цепи напряжения, вместе с доба-
вочными сопротивлениями А*, так присоеди-
няются к вторичным катушкам приборов Эп-
штейна S, что при включении измерительной установки к источнику
переменного тока, при полной симметрии, двойной ваттметр не дает
отклонения.
Показания отдельных систем этого ваттметра Wn и Wx порознь, со-
ответственно своему включению, пропорциональны величинам потерь в
железе Vn и Vx в W/лгг (см. основной опыт § 40.)
Отклонение двойного ваттметра, включенного в дифе-
реициальную схему, при равных сопротивлениях Рп и Рх дает
величину, на которую потери в испытуемой пробе железа больше или
меньше потерь в нормальной пробе. Ясно, что посредством изменения
отношения сопротивления Rn к Rx мы можем добиться того, что двой-
ной г ваттметр дает отклонение, равное нулю; для этого мы увеличиваем
сопротивление р в цепи напряжения того ваттметра W, который благо-
даря большей величине потерь в его измерительной установке действует
сильнее на общую подвижную систему двойного ваттметра.
Тогда будем иметь
* и t\n
(3)
1 Подробно смотри van Lonkhuyzen, ETZ, 1912, S. 531.
126
Если потери Vn для образцовой пробы известны, например получены
из измерения абсолютным методом, то на основании уравнения (3) мы
можем из отношения сопротивлений вычислить Vx.
-'Д
Фиг. 182. Общая схема диференпиального прибора для испытания железа фирмы
Сименс и Гальске.
Конечно измерительная установка сконструирована так, что величина
неизвестных потерь Vx в цифрах может быть непосредственно отсчитана
Фиг. 183. Диференциальный прибор для испытания железа фирмы Сименс и
I Гальске.
‘ по градуировке сопротивления причем /?л выбирается численно рав-
ыым V„.
к
Г 127
Величина потерь определяется обычно при двух значениях макси-
мальной индукции Вт, равной 10 000 гауссов, и Вт, равной 15 000 га-
уссов. Потери на килограмм при этих значениях индукции обозна-
чаются 710 и l/jy.
Желаемая величина максимальной индукции может быть установлена
на основании показаний вольтметра V
(4)
где £ = ЭДС в вольтах,/!—-— —формфактор переменного тока, при-
веред
.меняемого для испытания (так как величина потерь должна быть вычислена
для синусоидальной формы кривой переменного тока); /—частота (равная
50 по нормам VDE), ту — число витков; Bni желаемая максимальная
индукция; F—чистое сечение пробы железа.
Конструкция измерительной установки дает возможность пере-
ходить непосредовенно от включения для определения намагничивания
к включению для определения величины потерь при помощи поворота
одной только рукоятки ЛШ (фиг. 182).
При этом оба приспособления рассчитаны на то, чтобы измерение
могло производиться самым точным и простым способом даже и мало
квалифицированным персоналом, но конечно при условии соблюдения
указаний, данных в руководстве, прилагаемом при измерительной установке.
42. Комплексный компенсатор.
Компенсация напряжения (см. ниже),
а вместе с ней и компенсация
тока заключается в том, что неизвестное
Фиг. 184. Переменная взаимоиндукция
фирмы Гартман и Браун.
измеряемое напряжение вклю-
чается в обратном, встречном
направлении по отношению к
известному напряжению так,
что оии взаимно уравновеши-
вают (компенсируют) друг дру-
га. То, что компенсация до-
стигнута, определяется по от-
сутствию тока в чувствительном
гальванометре, отклонение ко-
торого а будет тогда равно
нулю.
При постоянном токе обыч-
но употребляется гальванометр
с подвижной катушкой магнит-
но-электрической системы; на-
пряжения в этом случае долж-
ны быть только равны по ве-
личине.
Прн переменном токе оба напряжения должны быть не только равны
по величине, но и должны быть равны по фазе. В качестве нулевого ин-
струмента служит вибрационный гальванометр или телефон.
Если нужно измерить Неизвестное переменное напряжение Уж (чертой над
индексом мы обозначаем векторную величину) (фиг. 185) на зажимах с
128
и ci, то включаем регулируемое напряжение V (на концах а и Ь) на-
встречу Vx и регулируем вариометр взаимоиндукции М (фиг. 184 и 185)
и омическое сопротивление R до тех пор, пока в телефоне Т не
исчезнет звук.
Так как частота сравниваемых
напряжений должна быть одина-
кова (шх — <о), то напряжение V
получаем от того же источника пе-
ременного тока, который дает и Vx.
Если не удается достигнуть молча-
ния в телефоне, то причину нужно
искать в том, что напряжения
включены не навстречу друг
другу (но складываются). Тогда
следует переменить места зажимов а
н b по отношению к зажимам е и d.
Фиг. 185. Принципиальная схема ком-
пенсатора переменного тока.
по фазе, при
Фиг. 186. Диаграмма
к компенсатору.
дельных величин (направле-
jM ш • I перпендикулярно к
Фиг. 187. Включение для ком-
пенсации.
Если телефон молчит, то напряжения V и Vx равны но величине и
” взаимоиндукции М и известном сопротивлении
можно вычислить и изобразить графически на-
пряжение V, если известен ток I (фиг. 186).
При питании компенсатора токами низкой
частоты вместо телефона нужно пользоваться
вышеописанным (см. стр. 90) вибрационным
гальванометром.
Пользуясь знакомым нам из техники пере-
менных токов методом изображения векторов
при помоши комплексных чисел, мы должны
отложить активное падение напряжения R • I
по осн действи
нию тока), а реактивное напряжение
нему. Конечная точка JM ш • I и будет ко-
нечной точкой вектора искомого напряже-
ния V, а вместе с тем и Ух.
Во время измерения вспомогательный
ток / (в цепи А, фиг. 185) должен оста-
ваться постоянным. Он зависит от вклю-
ченных в цепь тока Л постоянных сопро-
тивлений.
В момент, когда достигнута компенса-
ция, ток i, который протекает в измери-
тельной цепи, равен нулю, если телефон
молчит.
Величина вспомогательного тока I не
играет большой роли, так как в технике
слабых токов очень часто нужно узнать
не абсолютные значения неизвестных напряжений и токов, а отноше-
ние их величин между собой.
Токи измеряются следующим способом, а именно: ониt пропускаются
через известные безиндукцнонные и безъемкостные сопротивления R, и
9 1С. Грун. Лабораторные намерения по илентротехииие. /
129
путем компенсации измеряется падение напряжения на зажимах этого
сопротивления.
План работы.
1. Пользуясь схемой, изображенной на фиг. 187, нужно определить
напряжения V и токи I в цепи С при различных нагрузках Ra транс-
форматора Тг (в том числе —О и /?а = оо), затем начертить век-
торные диаграммы для случаев холостого хода, короткого замыкания и
средней нагрузки Ra этого трансформатора. При этом вспомогательный
ток I в цени тока А должен быть равен 10 га А.
2. Вычислить соответствующие мощности, кажущиеся сопротивления
и коэфициенты полезного действия трансформатора.
Вопросы для повторения.
1. Как меняются соотношения на диаграмме, .если включен (начерченный
пунктиром) конденсатор CJ
2. Для какой цели служит вспомогательный трансформатор tri Возможна ли
компенсация без него?
3. Как измерить мощность при помощи комплексного компенсатора?
43. Компенсатор переменного тока по Гейгеру.
Вильгельм Гейгер описывает в ETZ, 192'4, № 49 1 компенсационный
аппарат для измерения напряжений переменного тока, изготовляемый фир-
мой Гартман и Браун. Основная
схема показана на фиг. 188.
Две проволоки мостика г, и г2
соединены одна с первичной, другая
со вторичной обмотками S, и
воздушного трансформатора Т 1. Па-
раллельно включено омическое
сопротивление последовательно
с — омическое сопротивление /?2.
Середины At и Д2 проволок мостика
соединены между собой так, что сколь-
зящие контакты могут свободно про-
ходить над этим соединением. Измери-
тельная установка питается от источ-
ника переменного тока через изолирующий трансформатор Тг и регулировоч-
ное сопротивление R. Измеряемое напряжение Vx включается к сколь-
зящим контактам и Цель переключателей U заключается в том,
чтобы дать возможность установить на воздушном трансформаторе другое
соотношение витков. Напряжения Ех и Е* на проволоках мостика г, н
г2 при первичном токе I и взаимоиндукции М воздушного трансфор-
матора определяются из следующего уравнения
^ = £1=7.^? (])
Е^ = Е^ = М^П . (2)
__________________________________________*4 ~1" Г_2_______________
1 См. также Gey ger, Dec Schleifdrahtwechselstromkompensator und seine
Verwendung in der Wechselstronrtechnik, Helios 1926, H. 9 и его же Messungen
mit dem Schleifdrahtwechseistromkompensator, Archiv filr Elektrotcchnik, 1926 b. 213.
Фиг. 188. Схема компенсатора пере-
менного по Гейгеру.
130
flvic.M соответственного подбора соотношений в воздушном транс-
форматоре 'Г можно гак c i регулировать напряжение Ег, что оно может
быть сдвину 1'0 по (разе по отношению к Ех почти точно на 90° (раз-
ница самое большое па 1 угловую минуту).1
Если при постоянных значениях гг и г2 и А\ для известной угловой
- ,, ri • А?, /И - ш г2
скорости <о мы подоерем сопротивление /?., гак. что --- =--—— •=«,
i’ Г1 _ 'М ТГ2
то в этом случае и Е1 — Е.,, например при k — 0,16 Q и / = О, 125 mA
или 0,250 шА (устанавливается регулированием А?).
= £:_, = 20 или 40 mV, и при этом одному
сантиметру деления обеих проволок мостика со-
ответствует падение .напряжения 0,5 или 1 mV,
Приняв во внимание положение переключателя U
н угловую скорость <о, определяем и устанав-
ливаем с помощью приложенной к прибору гра-
Фиг. 189. Диаграмма.
дуировочной кривой сопротивление А?2; затем передвигаем сколь-
зящие контакты 7fj и К<, до тех пор, пока прибор G (вибрационный
гальванометр или телефон) не покажет нуль илн минимум. Величина
составляющих частичных напряжений и V<,. измеряемого напряжения V\.
отсчитывается затем не-
| посредственно на шка-
| лах проволок мостика у
I скользящих контактов
I АГ, и /<2 и строится
графически в системе
й координат. В этом слу-
•] чае, согласно фиг. 189.
получим
«. дада
Фиг. 190.
Компенсатор переменного тока по Гейгеру
фирмы Гартмаи и Браун.
проволок соединены в точках Л2,
И tg? = v;
Благодаря тому что
можно отсчитать и от-
середины
рицательные частичные напряжения Vt и У2, так что напряжения Vx
могут быть измерены во всех четырех квадрантах.
Следует еще отметить, что прн применении гальванометра постоян-
ного тока компенсатор может служить и для компенсации постоянных
напряжений; проволока г3 в этом случае бездействует. На фиг. 190 по-
казана конструкция и внешний вид описанного компенсатора.
44. Установка для испытания трансформаторов тока и трансфор-
маторов напряжения.
Как известно, к хорошим измерительным трансформаторам ‘среди
других требований предъявляются и нижеследующие:
1 См. Geyger, Ueber die Verwendung von Lufttransformatoren fllr Wechsel-
stromkompensationsmessungen, Arch. f. Elektrotechnik, 1925, H. 2 6.
131
l.rio возможности полная пропорциональность между
вторичной измеряемой величиной и первичной, т. е. коэфициент
трансформации должен по возможности оставаться без изменений
при всех режимах работы, в пределах всей области измерения трансфор-
матора.
2 . Сдвиг фаз — по возможности ровно на 180° между первичной ве-
личиной и вторичной, т. с. так называемый угол сдвига (угловая
погрешность или угол погрешности) 6 должен быть незначительным и
оставаться постоянным при всех измерениях,
В противном случае при применении трансформатора с слишком
большим углом сдвига, при включении к нему измерительного прибора,
для которого сдвиг фаз имеет определенное значение, например ватт-
метра или фазометра, можно получить во время измерения относительно
большую фазовую погрешность. Например, ваттметр при включении через
измерительный трансформатор, угол сдвига которого 8^0, показывает
вместо P=V«/cosq величину
Р'~ V-/cos(?=b8).
Для очень Точных испытаний коэфициентов трансформации и углов
сдвига измерительных трансформаторов, согласно правилам PTR употреб-
ляются особые измерительные установки, предложенные Шерингом и
Альберти, которые дают возможность измерять вышеназванные вели-
чины посредством компенсации двух напряжений, из которых одно
пропорционально первичной, а другое — вторичной исследуемой величине.
Так как при испытании трансформаторов тока приходится иметь дело
с большими токами при малых напряжениях, а при испытании трансфор-
маторов напряжения с высокими напряжениями при малых токах, то для
трансформаторов тока и для трансформаторов напряжения употребляются
установки различной конструкции. В качестве нулевого прибора, по по-
казаниям которого можно судить о том, достигнута ли компенсация при
низких частотах, может служить вибрационный гальванометр (с катушкой
или с иглой,, см. стр. 90).
45. Испытание трансформаторов тока.
Схема измерительного устройства для испытания трансформаторов
тока показана иа фиг. 191. Первичный ток /, проходит через амперметр,
через первичную обмотку испытуемого трансформатора и нормальное
сопротивление (см. стр. 140), а оттуда в нагрузку. Вторичный ток
/9 проходит через нагрузку (которая соответствует включаемому при ра-
боте трансформатора измерительному прибору) и через эталонное сопро-
тивление A/s. К зажимам эталона включено сделанное из тонкой про-
волоки сопротивление/? точно в 200 2 величиной, это — так называемая
измерительная ветвь (фиг. 197); к зажимам эталона № включено
сопротивление W точно в 100 2, называемое делителем.
Параллельно части /?, именно параллельно сопротивлениям г(, и г3,
можно включать регулируемый конденсатор С, имеющий три
декады 9 0,1, 9 0,01 и 9 • 001 p.F (см. также фиг. 197).
Напряжение на час; и г, сопротивления /? и напряжение на части w
сопротивления W могут быть сравнены между собой (компенсированы)
132
Фиг. 191. Установка для испы-
тания трансформаторов тока
фирмы Гартмаи и Браун.
прл помощи вибрационного гальванометра VG. Первое из этих напря-
жений пропорционально первичному току, второе — вторичному.
Сопротивление w можно регулировать, передвигая рычажки делителя
напряжения, состоящего из двух декад 9-10 и 20 «0,5 2. Сопротивле-
ние гг в измерительной ветви присоединено одним концом неподвижно
к концу с другой стороны его величину можно слегка изменять,
передвигая скользящий контакт S.
Если бы не было угла сдвига, то
было бы достаточно (упразднив конден-
сатор С) так установить сопротивления г,
и w, чтобы падения напряжений 1Х rt
на г1 и w на ду были бы по вели-
чине равны друг другу. Вибрационный
гальванометр показал бы нуль, если бы
указанные напряжения были, согласно
фиг. 191, направлены в противоположные
стороны. (Следует обращать внимание на
стрелки 1)
Но так как в большинстве случаев
имеется угол сдвига, то путем присоеди-
нения конденсатора С напряжение =
—вместе с iv сдвигается на неболь-
шую величину В по фазе в отношении
к первичному току 11. Смотря по тому,
опережает ли или отстает вторичный ток
от /1, конденсатор включается параллельно
измерительной ветви либо к г2,
либо к
Компенсация достигается тогда
путем попеременного регулирова-
ния скользящего контакта 5 час-
тичного сопротивления rt и ры-
чага регулируемого конденсатора
до тех пор, пока минимум откло-
нения вибрационного гальвано-
метра не сократится до нуля.
Рассмотрим подробно случай п о-
/2 (повернутый на 180е)
частичному сопротивлению
Фиг. 192. Диаграмма испытания трансфор-•
матора тока для положительных углов
сдвига.
прежде всего на основании векторной диаграммы (фиг. 192). Ток в
эталонном сопротивлении находится в фазе с напряжением на его
зажимах v = I{ Благодаря емкости С общий ток 11 в измерительной
ветви сдвинут по отношению к напряжению v иа ее концах на некоторый
(небольшой) угол (ЛОВ). 1
Геометрическая сумма Ц н it дает первичный ток Д. Но так как мы
предполагаем, что вторичный ток /2 опережает первичный ток на поло-
жите тьный угол Вр то следует позаботиться о том, чтобы компенсирую-
1 В диаграммах углы, а также соотношения величин векторов тока и напря-
жения преувеличены в интересах ясности.
133
щес напряжение г, • г1 на концах частичного сопротивления г\ могл<.
быть установлено в фазе с вторичным тбком I*. Последнее достигается
тем, что к концам включается конденсатор С (фиг. 193). Тогда =
z'j (/"j + г) в фазе с iJf а следовательно и частичное напряжение
находится в фазе с Другое частичное напряжение на
концах разветвления геометрически складывается с в общее напря-
женно V.
Ток Z, в измерительной ветви делится на 1С и 1^. Ток ic в конден-
саторе опережает на 90° частичное напряжение ф9, ток Zr2, напротив,
находится в фазе с этим напряжением. Поэтому, меняя г,, мы меняем
величину Zj-fj; меняя С, мы тем самым меняем общее сопроти-
вление Z, измерительной ветви, а также Zj ие только по величине, но
и но фазе. Таким образом можно добиться совпадения по фазе н /2;
г\ должно быть конечно отрегулировано дополнительно.
Получив таким путем общие дан-
ные, мы теперь приступим к числен-
ному определению как коэфициснта транс-
формация, так и угла сдвига. Векторы
напряжений и токов, а также все век-
торные сопротивления мы отмечаем при
этом над нх обозначением чертой и
только омические сопротивления схемы
фиг. 191 оставляем без этого знака.
Коэфициент трансформации. По закону Кирхгофа токи обратно
пропорциональны сопротивлениям; с первичной стороны мы имеем
/1 — Zi
Ч А', "'
или, если мы в обеих половинах равенства прибавим знаменатель к чи-
слителю, 1
УУ+у. ,
Л М zx ’
или
- Л • щ
Помножив обе части равенства па г1? пблучим
М Л
1 Следует помнить, что отмеченные чертой векторы я векторные величины
изображаются комплексными числами и все математические действия с ними
должны выполняться согласно правилам метода комплексных величин.
134
Для вторичной цепи имеем
Ц W 1F4-M Ц
-л-= - или - ' =------- '-==^4
/а z2 ЛГ2 z2
или
Л-Л'*
2 М+^'
Умножив на w, имеем
После того как достигнута компенсация it • г3 = z2 • wt т. е. на осно-
вании уравнений (1) и (2), имеем
TVj • Z, М • /2
Г. - --— —Azr- = W •---’------ .
М+23 Л'з+ТГ
(3)
В уравнении (3) нужно еще определить значение Z3 для измеритель-
ной ветви. Для этой цели мы рассмотрим треугольник напряжения ОАВ
на диаграмме (фиг. 192) как треугольник сопротивлений, для чего мы,
по Флеммингу, представим себе все три его стороны разделенными на
общий ток z3 и дадим оси действительных величин направление вектора
тока z3, тождественное, после достигнутой компенсации, с направле-
нием /2. (Мы можем тогда выбрать такой масштаб для сопротивлений,
при котором длины векторов напряжений v изображали бы непосред-
ственно длины векторных сопротивлений.) Так как Nt должно геометри-
чески складываться с Z3, то мы откладываем на оси действительных
величин в виде отрезка О3О; тогда отрезок 0{В и будет искомой сум-
мой ЛГ3
Обозначим угол ОХАВ через а и вычислим длину (О35) как сто-
роны треугольника
(0/3) = (Л\ + /<) = cos а. (4)
Здесь мы имеем для омического сопротивления на оси действитель-
ных величин
(□М) == (0,0) + (О.А) = (ЛГ, + г3 4- г) = (Л'3 + я — л>)
( ,, 1 \
и дальше для сопротивления разветвления rk — I г2 || ——)•
По Кирхгофу 1
(А В) = (г „) = — LiXC^l= = ''° = —г ,
/(Н!,'1!’ j/i+(r2Cu>p
у <Г1) + U»)
1 См. примечание на стр. 134.
135
где r4 - С • to — п = tg (BAD)-, так как вообще
1
cos л: = -=г=^: .
1/1 4-tg2 л
.1 так как <£ BAD — <£ COD, то
tgCOD — ~ = —— r<i с. ш — п (согласно фиг. 192),
\ Ссо )
и отсюда
cos а =---1 = — cos (COD).
1 -ф п*
Подставив эти значения, получим из уравнения (4)
(W,+Z,)=l/ W+AJ-rW,/ ? -Г
* V \V 14-n-/ \ уЧ-|~№/ j/l-f-n2
1
или, если -------вывести из-под корня
мг Л-Уу V w -R-К)’+“(ЛГ, 4 А* ~ О О + «2)
' v 1-W
или, после некоторых сокращений,
W yyC+i^j^R-r^ (6)
У 1 4~ «3
Теперь уравнение (3) дает
______Л • JV, г, |'Д +’п2' ________ 7у w . 7) j
Г (М + /?)2 + (М + /?—И2 и2 ‘____________________’ W ' 7V, -"р W '
Угол сдвига. Из уравнения (1) имеем
7,=h--N'^.
N,+Zt
Чтобы получить отсюда отношение, определяющее угол сдвига фаз
между токами г, и 1}, опустим на фнг. 192 нз В на ось действительных
величин Z, [| /2 перпендикуляр BD и изобразим Z, символически ком-
плексным числом.
Имеем
ОВ = = ОА 4 ~AD -у • Ъв,
1 По особым соображениям (см. ниже) правая сторона уравнения (3) умно-
жена и разделена па U7, так что последняя дробь изображает внешнее вторичное
общее сопротивление.
186
или, на основании вышеприведенных отношений, обозначив A^(BAD)—--
= <£ х, можем написать
АГ) = АВ • cos a:; DB~АВ- sinx и sinx = —• - — —,
j/1 + tg2X
далее
— _ , г, 1 . га п
Z.—R Га -4------. " . -- - • г=-—----J - , —9 - ------7 .
’ у 1 + „! I/ 1 + л3 V 1 + Л3 V 1 + Л!
или, обозначив R— г % = rt -J- г — р,
_ р . (1 4- п-1) 4- г, —Jr, п _ Г, + р + р iit-Jr, п
1 1 +«г 1 4-л2 ' ( ’
а на основании уравнения (1)
- T,N, _г 1 +"8
,г~ , М-Р-Н-*2—Л-"~
^+--L- Т + »2
- 1 + п”- _____' - j -«’
г1- Л • Nt (,8 4L р р . „з 4_\v, 4-W,-ns) — (jr,-n)~ 1 >' a — jb'
Если мы умножим последнюю дробь \
на сопряженный множитель
a -I- jb, то получим в знаменателе 1 Осьдеистбит.
1 j fie/кмин
(а 4- jb) (<? — jb) = а2 с
Фиг. 194.
следовательно
. f Л, (1 + (л + р4-р-^ + ^, + 4-л-п)
(Г2 + р_4р.,г2 4_;у1 + л'1-л)г^г4«5 ’
В уравнении (9) все, кроме больших скобок в числителе, действи-
тельные величины.
Следовательно уравнение (9) можно изобразить так
^М~с+4) (9а)
и для угла сдвига имеем тогда (согласно фиг. 194)
(Ю)
Берем из уравнения (9а) соответственно этому для положительного
угла сдвига
tgSl = '2 + p + p-''2 + M + M-«2’ ° °
137
или, так как р = г1-|-г = /? — га_,
tgs =---------------Д_'_"-------------.
(12)
При отрицательных углах сдвига /9 отстает от /, (фиг. 195). Кон-
денсатор включается тогда параллельно частичному сопротивлению г.г
измерительной ветви (фиг. 196). Таким же способом, как указано выше,
находим для коэфнциеита трансформации согласно уравне-
нию (7)
Л-Л’сг> _____л'2-'(13)
или после некоторых сокращений
_________________Л • \\ • г, _________ _ Ц • w Лг2 • ц/
V (.V, + R)- + — 4)’ И7 ' 'V, + W
и для отрицательного угла сдвига
tgs2 = —
(М + /? — Л,) п
(13а)
(14)
На фигуре 195 показано, что вектор компенсирующего напряжения irl-rt
совпадает по направлению с
трансформатора тока для отрицатель-
ного угла сдвига.
т. е. отстает по отношению к lt,
так же как и с которым он дол-
жен совпадать по фазе в результате
компенсирования.
Сопротивления измерительной
установки. Конечно компенсация
может иметь место только тогда,
когда соиро/ивлеиия схемы фиг. 191
имеют величины, соответствующие
данному коэфицненту трансформации
трансформатора тока.
Трансформаторы тока строятся
так, что при любых первичных номи-
нальных токах /j’ они имеют вторичный номинальный ток /2° 10 А,
или 5 А (в большинстве случаев), или 1 А, или 0,5 А. Соответственно
этому в делителе (фиг. 197) помещены два вторичных эталона Nq,
которые посредством замыкания накоротко особых двойных зажимов а н
b каждый по отдельности могут быть приключены к IP. Вторичный эта-
лон для силы тока в 5 или 10 А имеет величину Д/д = 0,1001 2, и для
силы тока в 0,5 или в 1 А величину Л72=1,012 (см. ниже). К треть-
ему двойному зажиму могут быть в данном случае включены и другие
особые эталоны для специальных случаев.
Сопротивление R (фиг. 191) в 200 2 состоит из постоянной вели-
чины в 48 2, калиброванной проволоки в 4 2 (гД сопротивления гл —
=136,1 2 н остальной части в 11,9 2, дополняющей сумму сопроти-
влений до 200 2. Сопротивление представляет собой величину
в 72,8 2
138
Эталоны сопротивления AZ, для первичного тока выбираются так,
чтобы напряжение на зажимах при номинальном токе до 1 000 А
имело величину 2 V,
тока выше 1 000 А
гало величины в
жеиия, при которых
быть выполнена еще
ностыо.
При номинальном т
у эталонов на силу
до 3 000 А дости-
1,2 V — это напря-
компепсация может
с достаточной точ-
эке = 1 000 А
Фиг. 196.
"г* ~ 2 100-°'02 k .,0,02,
AZ, -j- ном. ток ном. ток
при
, ЮО
я PH-----------,
ном. ток
при номинальном токе /, = 1 000 и до 3 000 А
AZ,./? 1,2 120-0,02 L ПАГ1 ( 60
ном. ток 2 • ном. ток ном. ток
Фиг. 197. Общая схема испытательной установки для трансформаторов тока
Шеринга и Альберти.
Для округленных величин k величины первичных эталонов вычи-
сляются из отношения
AZ.*/?
=*-0-02 (15а)
(см. нижеследующую таблицу).
139
А * N k N
до А а ° до А 2 Q.
0,3 300 6,18557 100 1 0,02000
1 100 2,02020 300 0,3 0,0v60)
3 30 0,60180 1 000 0,1 0,00203
10 10 0,20020 3 000 0,02 0,00040
30 3 0,06002
Так как сопротивление г равно почти четверти /?, то требуемое для
компенсации напряжение будет не выше 0,5 V. Таким образом требуемую
для исрытания величину сопротивления вторичного эталона Л'т2 можно
вычислить из отношения
= -°Д = <4, (15b)
Л, + w
на основании чего имеем
10 А N
А 2 2
0,5 1 1,0101
1 1 1,0101
5 0,1 0,1001
10 0,1 0,1001
Фиг. 198. Безиндукционное эталонное со-
противление с водяным охлаждением.
На фиг. 198 изображена спе-
циальная конструкция безиндук-
ционного эталонного сопротивле-
ния с boj/яным охлаждением. 1
Измерение. При практиче-
ском измерении мы значительно
упрощаем работу, пренебрегая не-
которыми небольшими поправками. Так как угол сдвига для трансфор-
маторов' тока согласно правилам VDE 2 не должен превышать 130 ми-
нут, то следовательно достаточно относительно малой емкости для ком-
1 Сопротивления с водяным охлаждением при перегрузке очень легко пор-
тятся. При постоянном употреблении, как показал опыт заводов Сименса и Все-
общей компании Электричества, они быстро разверяются. Все это побуждает
к исканию иных конструкций. В 1927 г. Арберг предложил заменить их особым
нормальным трансформатором, с двойным магиитопроводом по Бруксу, новые
установки т.перь все снабжаются подобными нормальными трансформаторами,
нормальные сопротивления употребляются только до < 3QA. (См. Гольдштейн.
Измерительные трансформаторы, изд. Гостехиздата.)
х Verband Deutsche? Elektrotechnifcer—Союз германских электротехников.
140
пенсаиии— полная емкость регулируемого рычажного конденсатора,
применяемого в установке (фиг. 197), равна 1 pF, н следовательно на-
пример для /=50 пер./сек. имеем самое большое значение
п = г^С-<&^ 136,1 КН - 314 = 0,00425.
Поэтому в уравнениях для коэфиннента трансформации и для угла
сдвига все члены, содержащие и2, могут быть опущены. Уравнение (7)
для коэф иц иен та трансформации и упрощенное уравнение (13)
примут тогда следующий вид
7 II — Т
1 ’ R ' N, + R ~ °-' № ’ Л'2 + V ’
илн
- r W_ N,-R A', + IF
’ ’ R от 4- R N, W ' '
или при
U7== 100 2, /2 = 200 2 и на основании уравнения (15а н Ь)
k ♦ г,
100 • ъу • А
(17)
Тогда согласно правилам VDE погрешность в измерении
тока („погрешность тока*) в процентах будет
wo,
где 7% обозначает вторичный ток прн номинальном коэфнцненте трансфор-
мации.
Введя в уравнение номинальное значение коэфициента трансфор-
мации
/’ =
(18)
или, на основании уравнения (17),
k U'
Р= А
------100.
(19)
Чтобы упростить обращение с измерительной установкой и по воз-
можности обойтись без вычислений, входящее в уравнение (9) сопроти-
kU^
вленне w регулируется, чтобы быть равным ; так что уравнение
(19) принимает следующий вид
р = 2г, — 100,
(20)
т. е. погрешность я измерении тока в процентах р может быть отсчи-
тана на шкале у измерительной проволоки S сопротивления г,. Для по-
Г41
ложительных ошибок в измерении тока иа этой шкале нанесены черные
цифры, для отрицательных — красные, а для величины сопротивления г,—
синие.
Ход измерения. Прежде всего мы устанавливаем на делителе
/гГ/°
сопротивлением — — —, а затем попеременно переставляем скользящий
контакт S на f\ и рычаги конденсатора С, пока гальванометр не покажет
нуль.
Угол сдвига вычисляется, пренебрегая при этом членом, содержащим
л2, из уравнения
или, если можно пренебречь по сравнению с R, что обычно и де-
лается, кроме случая очень малых первичных номинальных токов, то
tgo. =
& 1 ’
или так как для малых углов можно считать o = tgo
. г.,-п 180.60 гАС-ю 10 800
S,=-^----------—= ------„ -минут.
Если мы подставим в уравнение значение С в микрофарадах и /? =
= 200, то при частоте в / герц, получим при положительном угле сдвига
f
йх = 100 • С • -д минут.
50
(21)
При отрицательном угле сдвига получаем подобным же способом
8S = — Д’- . С / минут. (22)
2 OU
В руководстве фирмы Гартман и Браун даны еще указания относи-
тельно расположения частей этой установки для предохранения ее от
внешних влияний и описаны специальные случаи измерений.
46. Испытание трансформаторов напряжения.
Измерительная установка для испытания трансформаторов напряжения
подобна установке для испытания трансформаторов тока, только здесь
измерительная ветвь 7? присоединена параллельно части делителя вы-
сокого напряжения Н. На фиг. 199 показано основное включение, на
фиг. 200 — устройство прибора и его схема.
Зажимы высокого напряжения U, V испытуемого трансформатора
включены параллельно делителю Н под высокое напряжение. Дели-
тель низкого напряжения 117 включен к зажимам низкого напряжения и
и v испытуемого трансформатора параллельно нагрузке (которая соот-
ветствует включаемому при работе трансформатора напряжения нзмерн-
142
тельному прибору). Компенсируемые напряжения, как и раньше, мы берем
на двух частичных сопротивлениях w и г,.
Для компенсации нужно сначала опять-таки установить w н затем
попеременно регулировать С и пока не будет достигнуто минимальное
показание вибрационного гальванометра.
Нужно опять различать случай положительного и случай отрицатель-
ного угла сдвига: в первом случае конденсатор включается параллельно г2,
во втором параллельно г3.
Для коэфициента трансформации после компенсации прн
положительном угле сдвига имеем:
• Н — гг • + //) J п?
для отрицательного угла сдвига имеем:
1 ~ --------i--=------------=2- - — w >
самый угол сдвига определяется из уравнений:
‘S51=---7----7П--1----:---------КГТ----- (25>
("+tRl2/?Гг’ И+у)
Здесь также п = г2 • С« со; членами, содер-
жащими л2, в большинстве случаев и при
этом измерении можно пренебречь по срав-
нению с другими величинами.
Из уравнений (23) и (24) получаем тогда
упрощенное уравнение для коэфициента
трансформации:
Фиг. 199. Основная схема,
для испытания трансформа-
торов напряжения.
2= 1 ' 2Я® '
(27)
Погрешность измерения напряжения („погрешность напряжения44^
в процентах будет ' 100 • г IF-£ °
Р= 2Н -w Е° ’ 100
или для IF=1OOE5° и w = Ei°- L2P2
“ 1 н
р = г1-— 100.
143-
Здесь тоже погрешность в процентах может быть отсчитана на шкале
у скользящего контакта сопротивления i\ измерительной ветви. Для по-
ложительных углов она нанесена черными цифрами, для отрицательных—
красными цифрами.
Уравнения (25) и (26) упрощаются при опущении члена с п\ именно:
,п
tgS^-
2R -Н
и если величиной можно пренебречь по сравнению с Н, то tg81 —
Фиг. 200. Общая схема установки для испытания трансформаторов напря-
жения фирмы Гартман и 5payi6
или при С, выраженном в микрофарадах, f периодах в секунду, г0 =
= 304,4 2, Я = 500 2,
3j = 100 • С • ~ минут;
— — 100 С S-- минут. (28)
144
Как показано на фиг. 200, делитель низкого напряжения имеет 5 за-
жимов для различных значений вторичного напряжения Е2 от 100 до
220 V.
Делитель высокого напряжения имеет сопротивление /7=50 000 2
или //=500 000 2, в зависимости от того, достигает ли высокое напря-
жение 5 000 V или 23 000 V.
В заключение следует еще добавить, что
фирма Гартман и Браун приспособила измери-
тельную установку для испытания трансформа-
торов напряжения также и для включения к испы-
танному уже (например PTR) нормальному
трансформатору напряжения. На
фиг. 201 показано включение нормального
трансформатора. Если мы представим себе, что
на фиг. 200 делитель высокого напряжения за-
менен трансформатором, как это показано на
фиг. 201, то нам будет легко уяснить себе
соединение с другими приборами. В виду недо-
статка места мы не можем здесь дать соотно-
шения, на основании которых в этом случае
вычисляются коэфициент трансформации и угол
сдвига, а вынуждены ссылаться на соответствую-
Фиг. 201. Включение при
применении нормального
трансформатора напряже-
ния.
шее руководство, где все эти указания даны.
Фирма Карпантье изготовляет установки для испытания измерительных
трансформаторов, схема которых напоминает вышеописанную, но вместо
вибрационного гальванометра применен гальванометр постоянного тока
с синхронным выпрямителем (выпрямитель Жанвье-Карпантье).
47. Источники тока для измерения переменным током.
Электромагнитный зуммер. Электромагнитный зуммер фирмы Сименс
и Гальске (фиг. 202) для малых
мощностей дает почти синусоидальный
переменный ток, приблизительно
в 800 герц, н пригоден для вклю-
чения под напряжение 6 V и 24 V
о
Фиг. 202. Электромагнитный
зуммер фирмы Сименс и Гальске.
постоянного тока, согласно схеме фиг. 203. Электромагнит и прерывателя
зуммера присоединен параллельно части Р первичной катушки трансфор-
матора, которая включена под напряжение 6 V, нли через соответствую-
щее добавочное сопротивление 7? под 24 V постоянного тока (или выше
до 220 J7) (потребление тока / = 250 mA). Переменный ток берется от
10 К. Грун. Лабораторные измерения по электротехнике.
145
вторичной катушкн 5; зависимость мощности в ваттах от вторичной
нагрузки R показана на фиг. 204.
Винт с накаткой А иа фиг. 202 служит для установки контактов
зуммера. Для получения чистого звука платиновая проволока С, служа-
щая для контакта, должна лежать на под-
держивающей проволоке В, а нижний ее
конец одновременно должен касаться ниж-
него контакта.
Фиг. 203. Схема электромаг-
нитного зуммера (202).
О 500 1000 *500 2000 J2
Фиг. 204. Линии мощности для магнитного
зуммера (фиг. 202).
При помощи помещенного сбоку червячного винта D можно в неболь-
ших пределах изменять
3?О' J60X190 пип.
Фиг. 205. Малая машина
токов ,звуковой частоты
фирмы Сименс и Гальске.
частоту тока, даваемого зуммером.
Малая машина звуковой частоты фирмы
Сименс и Гальске состоит из пластинчатого
зубчатого колеса с 30 зубцами (фиг. 205) и
одного также разделенного электромагнита с на-
магничивающей обмоткой и двумя индукцион-
ными обмотками, которые могут быть вклю-
чены параллельно или последовательно. При
вращении зубчатого колеса в электромагните
возникают переменные тики, число периодов в
секунду которых можег колебаться от 450 до
1 800 в зависимости от числа оборотов зуб-
чатого колеса. Ко юбания высшего порядка
могут быть ослаблены в цепи машины кон-
денсатором, емкость которого
периодов машины и та-
ким образом благодаря
настройке на резонанс
выделяет основную волну
переменного тока.
Двигателем служит се-
риесный двигатель по-
стоянного тока на 110 V с
двумя контактными коль-
цами для присоединения
регулировочного сопро-
тивле.ия и язычкового
устанавливается в зависимости от числа
Фиг. 206. Установка для очищения тока фирмы
Сименс и Гальске.
частотомера. Мощность машины .при условии настройки иа резонанс
равна 3,5 W при 150 герц н 200 S внешней нагрузки.
Для облегчения измерений и для повышения их точности . фирма
146
Сименс и Гальске изготовляет еще при Сюр для „очищения11
тока (фиг. 206'И 207), состоящий из двух двухчленных дроссельных
цепей, затухающее действие которых для колебаний с частотой выше
6 000 быстро возрастает, так что практически пропускается только
основное колебание; этот прибор очень часто применяется для включения
к зуммеру.
Углобар скорости Ср
Фиг. 207. Схема и кривая затуханий к прибору для очищения тока.
48. Машина Франке.
По указаниям Адольфа Франке фирма Сименс и Гальске изготовляет
для измерений переменного тока машину с вертикальной осью враще-
ния, дающую токи звуковой частоты. Внешний вид машины и принад-
лежащего к пей распределительного пульта изображены на фиг. 208; ма-
шина Франке представляет собой двойной генератор переменного тока
с двумя электрически независимыми друг от др?га неподвижными яко-
рями, которым пересекаются силовыми линиями одного и того же вра-
щающегося электромагнита. Якори погружены сверху, а также снизу
в поле электромагнита, помещенного в промежутке между ними; но в то
время как нижний якорь погружен в поле всегда на одинаковую глу-
бину, верхний якорь может с помощью микрометрического вин.а под-
ниматься и опускаться, так что обмотка этого якоря погружается на
большую или меньшую глубину в магнитное поле, и таким образом
изменяется величина индуктируемой в ней ЭДС. Следовательно ЭДС,
индуктируемая в верхнем якоре, является функцией глубины погружения
этого последнего. После градуировки машины эта ЭДС может быть
отсчитана по делениям у микрометрического- винта с помощью градуи-
ровочной кривой.
Хотя нижний якорь погружен всегда на одинаковую глубину, ио он
может быть сдвинут по отношен! ю к верхнему якорю, благодаря чему
силовые линии вращающегося электромагнита перерезают обе обмотки в
147
различное время. Такое устройство дает возможность регулировать взаим-
ный сдвиг фаз полученных напряжений (ср. аггрегат для поверок стр.
116). Этот сдвиг фаз может быть отсчитан на делениях соответствующего
регулировочного винта. На фнг. 208 мы видим в середине предохрани-
тельный кожух, закрывающий железное ярмо электромагнита, а над ним
и под ним два маленьких ручных рычага для регулирования величины
и фазы напряжений. Ротор приводится в движение посредством шунто-
вого двигателя, помещенного в нижней части аггрегата (фиг. 208, 209).
На фиг. 209 показан продольный разрез машины Франке. На при-
водимой в движение двигателем /И осн А укреплены чугунные основы G,
поддерживающие полый цилиндр С
из ковкого железа; этот последний
неподвижно соединен посредством брон-
зовых колец В с концентрическим
Млплна Франк,-
Распуелелнтельный культ
Фиг. 208. Машина Франке.
полым цилиндром Clf тоже из ковкого железа. Между полыми ци-
линдрами Помещена намагничивающая обмотка. Сверху и снизу полое
пространство закрыто кольцами и из ковкого железа; онн пока-
заны отдельно на фиг. 210. Каждое кольцо имеет по 40 зубцов, при-
чем внутренние зубцы расположены точно против внешних. В проме-
жуточное пространство сверху и снизу входят якоря машины О. и О,
(фиг. 209).
Концы намагничивающей обмотки присоединены к двум контактным
кольцам Е иа верхнем конце оси и питаются оттуда постоянным током.
Силовые линии электромагнита охватывают полый цилиндр, онн прохо-
дят по С и параллельно к осн вращения; у полюсных колец
почти радиально, т. е. от внугренних к внешним зубцам, а в R3
148
в обратном направленны. Плот-
ность силовых лнннй перед вер-
хушками зубцов наибольшая (фиг.
212) и уменьшается по направле-
нию к промежуткам. Возникает
постоянное магнитное поле и
другое, налагающееся на него поле
с увеличивающейся и уменьшаю-
щейся вдоль по окружности плот-
ностью силовых линий. При вра-
щении электромагнита постоянное
поле действует на помещенную
между зубцами обмотку якоря G
(фнг. 211), так что ЭДС, индук-
тируемые им в отдельных про-
водниках обмоткн, взаимно уни-
чтожаются, ио переменным полем
в этих проводниках ЭДС индук-
тируются так, что при повороте
на одно полюсное деление в про-
водниках проходит один период
переменного тока.
На фиг. 211 показана форма
держателей обмотки (Gj илн G2
иа фиг. 209), сделанных из эбо-
нита; онн укреплены на бронзо-
вых опорах D. Эбонитовые коль
ца G имеют 80 равномерных вые-
мок, в которых и лежит видимая
сбоку зигзагообразная обмотка.
Возникающие в проволоках п ЭДС
Фиг. 210. Расположение полюсов в машине
Франке.
Фиг. 209. Разрез машины Франке.
находятся все между собой в фазе,
равно как ЭДС, возникающие
в проволоках т, но между пер-
выми и вторыми имеется сдвиг
фаз, который соответствует про-'
странственному различию их
положений, равному половине
расстояния между полюсами.
Те и другие геометрически скла-
дываются в общую ЭДС Ё
(фиг. 212) иа концах якорной
обмоткн; эта ЭДС обладает
частотой, в 40 раз большей
числа оборотов машины в се-
кунду, так как каждая часть
якорной обмоткн за один обо-
рот ротора проходит 40 раз
через максимумы плотности си-
ловых линий.
На фиг. 212 показаны внизу
149
направление в проводниках т
они в каждый данный мо-
мент складываются в общую
ЭДС £.
На фигуре мы также ви-
дим, что в зигзагообразной
обмотке напряжения ет н еп
в любой момент направлены
навстречу друг другу. Если
при этом кривая ет лежит
над осью абсцисс, то кри-
вая еп должна лежать под
ней. Обе суммирующиеся
ЭДС е колеблются между
нулем и (полсжитсльным или
отрицательным) максимумом,
то увеличиваясь, то умень-
шаясь, н именно таким обра-
суммирующиеся напряжения ет и еп, их
и и (правило правой руки) и то, как
нулю.
установки взаимного
Фиг. 212.
Фиг. 211. Эбонитовое основание обмотки якоря зом: одна равна нулю, когда
машины Франке. другая достигла своего мак-
симума, и наоборот. В изо-
браженном на фигуре положении полюсного колеса по отношению
к обмотке ет приближается к максимуму, а еп — к
Чтобы можно было повсрЕ1уть нижний якорь для
сдвига фаз ЭДС, возникших в обеих якорных об-
мотках, к бронзовой основе (фиг. 209 и 211)
приделан сектор зубчатого колеса, в зубцы кото-
рого входит червячный винт N. При полуобороте
винта фаза изменяется на тридцать шестую часть
целого периода. Одному делению па шкале у
винта соответствует следовательно сдвиг фаз
в 10 минут.
Кроме контактных колец обмотки электромаг-
нита, на верхнем конце осн машины имеются еще
четыре других кольца, (F), из которых одно, Fv
подразделено на 8 изолированных друг от друга
сегментов, в виде коллектора; 2-й, 4-й, 6-й, 8-й
сегменты соединены проводником с контактным
кольцом Г2, 1-й и 5-й — с контактным коль-
цом Fz и 3-й'—с контактным кольцом Г4. Ввиду
этого приложенное к F* и Ft контактными щет-
ками постоянное напряжение прерывается при
каждом повороте машины 4 раза у Д2, 2 раза
у F3 и по одному разу у Д и Г4, так что прн
помощи включенного в цепь тока частотомера
можно отсчитать число оборотов машины, и кроме
того, пользуясь еще и включенным к Fit и переключателем, можнф
отсчитать и частоту возникших переменных ЭДС при трех пределах из-
мерений.
Распределительный пульт (фиг. 208) содержит внутри регулировочные
160
X
сопротивления для возбуждения двойного генератора и для магнитов и якоря
двигателя, приводящего машину в движение. Включение этого двигателя про-
изводится по схеме фиг. 213 от раз-
деленной на секции аккумуляторной
батареи.
На верхней доске, кроме часто-
томера с тремя пределами измерений
и принадлежащего к нему переклю-
чателя, имеется еще один амперметр
к двигателю, затем второй для цепи
возбуждения генератора переменного
тока и наконец вольтметр с пере-
ключателем для измерения напряже-
ния для трех цепей постоянного
тока.
В заключение следует еще упо-
мянуть о компенсаторе к ма-
шине Франке. На фиг. 216 изобра-
жен внешний вид компенсатора, на
фиг. 214 — основное включение для
следующего измерения.
Фиг. 213. Включение двигателя ма-
шины Франке.
49. Измерения кажущихся сопротивлений при помощи машины
Франке.
Измерение основано на компенсации двух переменных напряжений
Vj и К. На фиг. 214 Д — нижний, аЛ2 — верхний якорь машины Франке.
г— безиндукционпое и безъемкостное
регулировочное сопротивление в ком-
пенсаторе (фиг. 216), которое вклю-
чается для
ЮЗ — Ю42 посредством штепселя, для
нижних же ступеней от 0,1 —1032
при помощи рычагов. Z—измеряемое
кажущееся сопротивление. Переключа-
тель U позволяет включать переменное
напряжение V,2 попеременно через те-
лефон к г и к Z.
Ставим переклю-
чатель сначала впра-
во иа Z и регулируем как амплитуды, так и сдвиг
фаз машины Франке до тех пор, пока в телефоне
не наступает молчание. Затем переключаем на г, V
Фиг. 214. Включение для измерения
кажущегося сопротивления.
более высоких ступеней
изменяем попеременно сопротивление г и поворачи-
ваем рычаг, изменяющий фазу напряжения нижнего Фиг. 215.
якоря до тех пор, пока в телефоне и в этом случае
наступит молчание. Положение верхнего якоря остается при этом
прежним.
После уравнивания схемы напряжения на гн Z находятся между собой
в фазе и одинаковы по величине, и сопротивление г равно по величине
151
Кажущемуся сопротивлению Z; сдвиг же фазы якоря Д2 на шкале ры-
чага Фаз определяет фазовый угол кажущегося сопротивления Z, т. е.
разность углов, отсчитанных на шкале до и после поворота, и есть не-
посредственно искомый угол сдвига фаз 7 (фиг. 21о).
Величина напряжений Уг и Vr на Z и на г, которые уравнены по-
средством компенсации, не
должна быть известна,
так как ток i в г и Z при
измерении не меняется, по-
этому компенсация напря-
жений сводится непосред-
ственно к сравнению со-
противлений. Имеем
Фиг. 216. Измеритель-кажущихся сопротив-
лений фирмы Сименс и Гальске.
т. е. по величине Z = r.
Для более удобной и
точной установки мини-
мума звука в телефоне
в компенсатор включена
промежуточное сопроти-
вление с перекидным вы-
ключателем (см. стр. 190).
50. Нейтральное реле.
Фиг. 217. Нейтральное реле.
Если рабочий ток сигнализационной (известительной) установки не-
достаточен для того, чтобы привести в действие сигнальное устройство
(„известитель"), то в линию включается
реле. Существуют нейтральные и поля-
ризованные реле. В нейтральном реле,
изображенном на фиг. 217 и 218, Е
является электромагнитом с мягким, неиа-
магниченным железным сердечником, об-
мотка которого питается сигнальным то-
ком i. Когда ток i протекает ж в линии L,
электромагнит притягивает якорь а и за-
мыкает при этом контакт рабочего тока А.
Когда ток в линии L прекращается, пру-
жина F оттягивает якорь назад, и рычаг Н
ложится на контакт холостого хода
Путем попеременного включения и вы-
' ключения цепи сигнализационного тока i
можно включить более сильный ток I или
йривести в действие мощную сигнализационную установку. Для реле
различаются два случая: работа на рабочем контакте и работа на кон-
такте холостого хода; в первом случае при включении тока i от сигна-
15*2
лизатора якорь а, притягиваясь, замыкает рабочий контакт Л и тем
еамым цепь тока /, а во втором случае ток I замыкается через контакт
холостого хода /?, поэтому цепь тока i все время замкнута, и лишь
при вы ключ ей и и тока I замыкается цепь тока I.
План работы.
Для обоих случаев требуется исследовать: а) при-
тяжеиие якоря, б) отпадение якоря в
реле.
а) Притяжение якоря. Перед началом опыта
надо размагнитить реле. Это достигается посредством
длительного переключения тока i при помощи U и
одновременного увеличеиия добавочного сопротивле-
ния /?; после этого устанавливаем пружину F по-
средством вращения винта 5 так, чтобы рычаг И
остановился посередине между контактами и А.
При таком положении пружины контактный виит R
выдвигаем настолько, чтобы воздушный промежуток а
между якорем Н и магнитом М достигал 1 мм
или 0,2 мм (толщина листа бумаги).
Дальше включаем сопротивление R и до тех пор
уменьшаем его, пока якорь не притянется; отмечаем
при этом ток Z, который необходим, чтобы электро-
магнит начал работать; все это нужно повторить
Фиг. 218. Включение
для исследования
нейтрального реле.
при различных натяжениях пружины F (изменяемых посредством поворотов
внита 5), причем контакт R остается неподвижным, затем вращаем S
и определяем зависимость I от F (фиг. 219).
Легко вычисляется также ток i
_ V_
l~ r +
Фиг. 219. Градуиро-
вочные кривые для
нейтрального реле.
где V означает напряжение, г — постоянное сопротивление реле, /? —
известное добавочное сопротивление в 2. Далее F — s-U, где s озна-
чает удельное растяжение, F — натяжение пружины
в граммах, U—обороты винта S.
б) Отпадение якоря. В этом случае не
нужно предварительно размагничивать реле. Для
получения каждой точки реле максимально намаг-
ничивается, причем R замыкается почти накоротко.
Затем ослабляем ток и точно отсчитываем i при
отпадении якоря. . При этом большую роль играет
скорость регулирования (регулировать медленно
и равномерно!); построить кривую зависимости i от F (фиг. 219).
Примечание. Контакт будет тем лучше, чем сильнее нажим и подъем
контакта. Зависимость нажима контакта нли натяжения пружины от числа ам-
первитков и является мерой для суждения о качестве реле. Электрическая
сила притяжения увеличивается с уменьшением воздушного зазора. Граница
этому уменьшению поставлена невозможностью слишком сильно уменьшать а, а с
другой стороны—-влиянием остаточного магнетизма. Следует избегать прилипания,
особенно в случаях, когда реле должно уже отпадать при токе I, нс вполне рав-
ном нулю. При малом натяжении пружины число ампервитков в этом случае
будет отрицательным (не трясти реле).
№ а и г i
мм — г 2 mA
шруг относительно друга п
Фиг. 220. Поляризованное
реле (без пружины).
51. Поляризованное реле.
(Без пружины, реле быстродействующего телеграфа.)
В работе быстродействующего телеграфа необходимо выравнивать
сложи тельные и отрицательные
толчки в приемнике по их величине и
длительности. Осуществить это выравни-
вание можно при помощи реле быстро-
действующего телеграфа (фиг. 220 и 221;.
Поляризованное реле снабжено силь-
ным постоянным магнитом. Один
из полюсов этого последнего магнитно сое-
динен с подвижным язычком Z (якорем).
Второй полюс состоит из двух частей
Р, и Ра (фиг. 221); обе эти части снаб-
жены обмоткой, которая так включена,
что ток усиливает силовой поток в одном
электромагните и ослабляет в другом.
Язычок движется по направлению к более
сильному полюсу.
Нормально реле работает
отсутствии тока в электромагните якорь
1жет остаться как на
одном полюсе, так и на другом. Положительный ток
толкает тогда якорь в одном направлении, отрица-
тельный в противоположном.
Сила притяжения и нажим контакта возрастают
вместе с увеличением подъема Л и уменьшением
расстояния между полюсами а. Вместе с этим растет
и ток, требуемый для перекидывания язычка. С дру-
гой стороны, при малом расстоянии между полю-
сами а, вследствие благоприятных магнитных условий,
для перекидывания требуется меньшая сила тока.
Посредством вывинчивания полюса могут каждый
н отдельности передвигаться по направлению своей оси.
Для двусторонней работы они должны
быть правильно, симметрично установлены, чтобы
перекидывание якоря в обе стороны происходило
при одной и той же, так называемой предель-
ной, силеток а.
При односторонней работе и несимметричном положении по-
люсов, когда якорь при прекращении тока сам (без переключения) пере-
д в у с т о р о н.н е, т. е. при
элект
Фиг. 221. Схема для
исследования поля-
ризованного реле.
154
кидывается, полюса имеют правильное положение, если якорь при пре-
кращении тока едва не прилипает.
План работы.
Плотио прижимаем полюсные наконечники Р (фиг. 221) к якорю и
штангенциркулем измеряем внешнее расстояние Л. Во время опыта
вместо этого расстояния мы устанавливаем расстояние А'; таким образом
.внутреннее расстояние между полюсами а будет а = А'—А.
Устанавливаем контактную пластину h между контактами и К*
для трех опытов последовательно на расстояниях: 1 мм, 0,2 мм и
меньше. Определяем внешнее наименьшее расстояние между полюсами А
и устанавливаем для опыта контактную пластину h, затем раздвигаем
полюсные наконечники Р налево и направо настолько, чтобы якорь,
ударяясь о контакт, не касался поверхности полюса.
1. При (нормальной) двусторонней работе
якорь может оставаться лежать как угодно — либо
вправо, либо влево, если в катушках отсутствует
ток; в противном случае надо приблизить слишком
далеко лежащий полюс. Если в положении переклю-
чателя / якорь притягивается к контакту Kv так
как сильнее намагничено, то мы отмечаем кри-
тический ток I, при котором якорь только начинает
притягиваться или отпадать.
В положении переключателя II отсчитываем затем
Фиг. 222. Градуиро-
вочные кривые по-
ляризованного
реле.
ток Z, при котором Р9 намагничивается настолько сильнее Рх, что якорь
начинает притягиваться к Ал2 (или отпадать). Следует все измерение
повторить при различных внешних расстояниях между полюсами А' и
определить вновь зависимость i — /:~от а (фиг. 222).
2. При односторонней работе устанавливаем А1 несимме-
трично и определяем ток, при котором якорь при перерыве сам переки-
дывается (отодвигается), полюс, отстоящий дальше, мы постепенно ото-
двигаем все дальше и дальше, отсчитываем i и определяем его зависи-
мость от а; опыт следует Соответственным образом повторить при
обратном направлении тока.
52. Микрофон.
Микрофон М (фиг. 223) состоит из закрытого при помощи мем-
браны т металлического капсюля, в котором лежат в свободном
состоянии угольные зерна. Мембрана изолирована от микро-
фонного капсюля так, что проходящий через микрофон пи-
тающий ток / должен направить свой путь через угольные
л® зерна. Вследствие свободного наслоения н вообще особого
Фиг. 223. свойства угля сильно изменять свое сопротивление при сжа-
Схематиче- тии, среднее сопротивление R цепи тока в микро-
ское изо- фоне колеблется даже при незначительных со-
микрю^оиа. трясениях; так например, когда говорят в мембрану, то
эта последняя приходит в колебание соответственно ритму
разговора и попеременно то более, то менее сжимает угольные зериа,
что вызывает изменеиие сопротивления R на определенную вели-
155
Фиг. 224. Наложен-
ный разговорный пе-
ременный ток.
чину г, которая зависит от энергии звуковых волн н ог чувствитель-
ности микрофона.
Различаются микрофоны ОВ и ZB, т. е. микрофоны для местных или
для центральных батарей. Первые, т. е. микрофоны ОВ, обладают мень-
шим сопротивлением, вторые же, т. е. микрофоны ZB, —
большим.
а) Сопротивление постоянному току 7? в микро-
фоне падает вместе с увеличением тока, так как
известно, что сопротивление угля при нагревании
уменьшается.
Ь) При разговоре в микрофоне образуются соот-
ветственно колебаниям сопротивления /?, колебания
питающего тока, который, как мы себе представляем,
состоит из постоянного питающего тока 7 и налагающегося на него раз-
говорного переменного тока (фиг. 224).
Если внешнее сопротивление при переменном токе U- I
цепи тока, в цепь которого включен исследуемый микрофон, О-*
будет Z, внутреннее сопротивление микрофона 7? -|-z, то I I _?
согласно фиг. 225 для переменного разговорного тока в ми-
крофоне будем иметь: v = i-Z—падение напряжения во И1‘
внешнем сопротивлении/, /(7?-|-г)— падение напряжения
в микрофоне, е — 1-r— действующее• колебание напряжения, создающее
ток I.
Итак по закону Ома на-
пряжение на зажимах ми-
крофона
i Z = е — i • (£ -f- г) =
— I.r— i • (ТСг) — v, (1)
т. е. вместе с I • г напряже-
ние на зажимах г», а следо-
вательно и разговорный пе-
ременный ток в микрофоне I
находятся в зависимости от
Фиг. 226. Включение для исследования микро- питающего тока.
фона. с) Во время разговора
в микрофоне появляется на-
пряжение разговорного переменного тока v (уравнение 1), действующее
на внешнюю цепь. Можно определить это напря-
жение, пользуясь схемой фиг. 226, путем сравне-
ния его на слух посредством телефона с извест-
ным переменным напряжением и,.
Дроссельная катушка D должна предупреждать
проникание разговорного переменного тока I в ба-
тарею, конденсатор же должен, не пропускать
питающий постоянный ток 7 в телефон 7\.
Микрофон М заключен вместе с телефоном Тх
чтобы звук телефона Т, не мешал при йзмерении;
дается 7\, причем Т, питается переменным напряжением, иапример
= 1 V (ю = 5 000): Звук телефона 7\ вызывает в микрофоне пере-
Фиг. 227.
в закрытый ящик,
микрофон возбуж-
156
менный ток i н прн положении а переключателя U создает на зажимах
испытуемого телефона напряжение v, которое может быть сравни-
ваемо с посредством перевода U в положе-
ние Ь.
Прн одинаковой силе звука имеем
o = f1 = e1 -г~ГТ’
zi "1 li
где например напряжение ех = 1 V, а и
обозначают расстояния движка от концов Р
и Q или соответствующие сопротивления.
Фиг. 228. Определение
сопротивления микрофона
/? по закону Ома.
План работы.
Фиг. 229. Сопротив-
ление микрофона /?,
зависящее от силы
постоянного тока I.
1. При включении согласно схеме фиг. 228 надо
определить зависимость сопротивления при постоян-
ном токе R микрофона ОВ и микрофона ZB от пи-
тающего тока I, по возможности избегая
прнэтом всяких сотрясений
2. Определить до и после встряхивания микро-
фона еще раз: наименьшее, наибольшее и среднее
значение.
3. То же самое повторить без звукового возбуждения и после него.
4. Определить для микрофона ОВ и ZB зависимость v от питающего
постоянного тока I и построить кривые этой зависимости (фиг. 227).
Вопросы длн упражнения.
1. Какова величина коэфициента полезного
действия ij при наиболее благоприятном под-
боре сопротивлений Z = /? на основании урав-
нения
мощность переменного тока t>* * * * б) * 8
мощность постоянного тока 4 V*'
2. Начертите схему движения тока для сое-
динения двух абонентов при помощи:
а) системы местной батареи,
б) системы центральной батареи.
53. Телефон.
Основные части телефона следующие: фиг 230 к микр0.
сильный, подковообразный магнит Н с ма- фонов ОВ и ZB.
ленькими полюсными наконечниками (баш-
маками), на которых помещена Обмотка
переменного тока (фиг. 233). Благодаря разговорному переменному
току i в телефоне полюсы попеременно то ослабляются, то усиливаются,
и вследствие этого помещающаяся перед полюсами железная мембрана
157
начинает колебаться; эти колебания соответствуют звуковой частоте /
возбуждающего переменного тока I. t
Благодаря действию постоянного магнетизма Во подковообразного
магнита мембране сообщается известный первоначальный прогиб. Если
через телефон проходит переменный'ток, то намагничение полюсных на-
конечников изменяется по отношению к основной точке постоянного
намагничения, описывая маленькую петлю гистерезиса (фиг. 232).
Фиг. 231. Телефон.
Сила А' притяжения мембраны
определяется тогда из уравнения (1)
+ 2ад+2Л. (О
Здесь последний член по
сравнению с двумя первыми в боль-
шинстве случаев, настолько мал,
что им можно пренебречь (/==
= £•10"8 А), и поэтому мы мо-
жем написать
(2)
Первому члену В\ соответ-
ствует при этом постоянный про-
гиб мембраны, а второму 2 B0-Bi—
амплитуда колебания. Как мы ви-
дим, эта последняя находится в зависимости от постоянного намагниче-
ния Bq и пропорциональна ему; чем больше Во, тем сильнее
звук.
При Вй —0 не возникает почти ника-
кого звука, так как и второй член 2 50-5,
тогда равен нулю. Поэтому-то в телефоне необ-
ходимо намагничивающее действие
постоянного стального магнита.
При отсутствии намагничения (при 5о = О)
благодаря действию третьего члена В\ (уравне-
ние 1)
Фиг. 232. Намагничива-
ние разговэрпым пере-
менным тиком при по-
стоянном предваритель-
ном намагничивании.
В,-2 = В|2та1 sill’o;/ = -1 B,2max (1 — cos 2 <af) (3)
мембрана будет качаться хотя и слабей, но с двойной частотой 2/ (со-
ответственно 2о>), поэтому она будет давать неправильный звук двойного-
числа колебаний и тем самым искажать разговор.
Чтобы исследовать телефон, мы должны определить его чувствитель-
ность, для чего заменим стальной магнит Н электромагнитом с обмот-
кой и будем питать последнюю намагничивающим током I, Соответ-
ствующая определенному постоянному намагничению (Z?o) чувствитель-
ность телефона может быть определена как
158
т. е. чем больше переменный ток г, при котором хоть что-нибудь еще
слышно в телефон, тем меньше его чувствительность, н наоборот.
Чувствительность телефона зависит еще от расстояния мембраны от
полюсных поверхностей; она усиливается с приближением мембраны к
полюсам, однако мембрана не должна к ннм прилипать.
Посредством вывинчивания или завинчивания мембраны ее можно
установить на определенном расстоянии d.
План работы.
1. Определение чувствительности С при различных по-
стоянных намагничиваниях I (Во) при постоянном отстоянии d мем-
браны: а) при d= 1,5 мм, b) d = 3 мм.
233. Фиг. Схема для исследования телефона.
Фиг. 234. Чувствительность
телефона в зависимости от
постоянного намагничивания.
Как при снятии петли гистерезиса, изменяем I, описывая полный
цикл, от 0 до-рЛп и обратно к нулю, через — 1т обратно через О
до -|- /1В. При этом мы определяем ток Zmin, при котором исчезает звук
в телефоне (фиг. 233).
Тогда нз уравнения (4) получим
С =
Ток I мы высчитываем по. напряжению е (напри-
мер равному 1 V) и по величине сопротивлений.
Если сопротивлением г обмотки переменного тока
в телефоне, по сравнению с добавочным сопротивле-
нием/? =4 000 2, мы можем пренебречь и если
переменный ток I в телефоне достаточно мал по
Фиг. 235. Чувстви-
тельность телефона
в зависимости от
отстояния мембра-
ны.
сравнению с током Z, в делителе напряжения (делитель напряжения
например равен 1 000 Q), то напряжение V на делителе напряжения
изменяется пропорционально положению движка I. Тогда получим
— е li
R lr -j- Z3
(4)
Для точек А и В (фиг. 234) чувствительность будет равна нулю
(при Во = О); во время опыта следует обращать на них особое внима-
ние, они должны быть одинаково удалены от начала координат 0.
Определить зависимость чувствительности Csss —при d = l,5 мм
159
№ I 1, 1. 1 ; 1 с
- А мм мм А I А"1
или 3 мм от I и построить соответствующие кривые (фиг. 234)-
2. Определение чув-
ствительности в зависи-
мости от отстояния мемб-
раны d. При постоянном пред-
варительном намагничивании Bt
(например при 7 = 0,5 А) берем
для отстояния мембраны d различные значения и каждый раз так регу-
лируем i, что в телефоне исчезает всякий звук.
Затем строим кривую зависимости С——от d.
,54. Детекторы.
Задача детекторов заключается в том, чтобы сделать слышимым пере-
менный ток высокой частоты в приемнике электромагнитных воли. Раньше
для этой цели применялись кохереры, кото-
’ рые состояли из рыхлого слоя тонких нике-
•; левых опилок; эти опилки сплавлялись па
поверхности током высокой частоты и тем
! самым замыкали цепь рабочего тока. В на-
; стоящее время используется выпрямляющее
ч> действие кристаллического детектора и ка-
тодной лампы; оба обладают свойством зна-
чительно лучше пропускать ток
в одном направлении, чем в дру-
гом. (К детекторам принадлежат также тер-
моэлемент и элемент Шлёмильха.)
Причина выпрямляющего действия кри-
’у. __! сталлического детектора в настоящее время
г еще неизвестна. Его действие зависит от
Фиг. 236. Кристаллический давления и взаимного положения составных
детектор фирмы Тэлефулкен. частей. Лучшая установка достигается опыт-
ным путем.
В электронной же лампе анодный ток возникает только при положи-
тельном или слабом отрицательном потенциале сетки (см. управление
электронной лампой).
Чтобы знать свойства детектора, нужно определить его харак-
теристику. Этой характеристикой является зависимость постоянного
тока /0 в А от ^приложенного напряжения V (фиг. 237).
Выпрямляющее действие будет наибольшим в том случае, когда из-
гиб кривой по обе стороны выбранной рабочей точки А по возможности
различен.
Если на детектор действует еще и переменный ток г, то вследствие
выпрямляющего действия к постоянному току I прибавляется еще со-
ставляющая постоянного тока /0. В этом случае сумма Z = Ze-|-i(> за-
висит также от напряжения постоянного тока V.
План работы.
1. Пользуясь схемой фиг. 238, получить кривые характеристик кри-
сталлического детектора. В цепи А детектор D получает от батареи Е
160
иосюялный ток /0. Посредс.ьом U можно менять направление напряже-
ния V, а посредством делителя напряжения вменять его величину. /0 опре-
деляем по показаниям миллиамперметра, V вычисляем по положению,
движка на делителе напряжения. Нужно построить кривую зависимо-
сти /0 от У.
2. От цепи зуммера через контур В посредством индуктивной
связи в К детектору D передается налагающийся слабый ток высокой
частоты Z, величина и длина волны которого не изменяются. Опреде-
ляем по показаниям миллиамперметра получающуюся таким образом
Фиг. 238. Включение для снятия характеристики
детектора.
Фиг. 237. Характери-
стика детектора.
сумму постоянных токов /=/0-|-i0 и строим кривую ее зависимости
от V. Следует в первом и во втором опыте определять токи /0 и / не-
посредственно один за другим.
Примечание. Постоянный ток протекает только в цепях /1, и Bt, пере-
менный ток только в цепях В и
При практическом применении детекторов (и электронных ламп) обычно про-
делываются предварительные испытания, т. е. детектор включается например в
цепь телефонного тока и опытным путем отыскивается точка, соответствующая
наибольшей чувствительности.
Очень практичны аппараты (например радиоприемники), в которые могут
быть вставлены рядо-i два детектора, а переключатель дает возможность пере-
ключаться с одного детектора на другой.
Вопросы для упражнения.
1. Каким способом определяется посредством телефона (фиг. 238) налагаю-
щийся переменный ток высокой частоты?
2. Получается ли в телефоне звук при приближении катушки связи К к
катушке в цепн А1г если детектор замкнут накоротко? (Установить сначала V==OI)
55. Измерение слабых переменных токов.
1. Термокрест. Если мы будем пропускать через термоэлемент
abed (фиг. 239) (например железо и константан) переменный ток i, то
при нагреве места спая L обра-
зуется ЭДС, величина которой зави- а е
сит от температуры нагрева и является Д ay^G
следовательно функцией переменного 7 ____!гр!—-Г
тока. Если мы соединим концы (с 6 d
и d) термоэлемента с чувствитель- Фиг. 239.
ным гальванометром Q, то этот по-
следний покажет отклонение а, которое тем больше, чем больше сила
переменного тока I, протекающего через спай (фиг. 239). Эта установка
может быть проградуирована при помощи как постоянного, так и пере-
менного токов.
11 К. Грун. Лабораторные измерении по электротехнике.
161
Фирма Сименс и Гальске изготовляет в а к у у м - т с р м о э л е м е н т
с тепловой нитью. В нем к месту спая термоэлемента (железо-констан*
тан) припаяна платиновая проволока. Эта последняя, а через ее посред-
Фиг. 240. Кривая гра-
дуировки термогальвано-
метра.
с гво и место спая, нагреваются измеряемым
переменным током и порождают в спае термо-
ЭДС. Напряжение на зажимах определяется
с помошъю чувствительного стрелочного галь-
ванометра (фиг. 242). Измеряемый переменный
ток можег быть вычислен по
постоянным установки, но все
же мы рекомендуем пользо-
ваться соответствующей! гра-
дуировочной кривой, которую
можно получить при помоши
постоянного тока и компенсационного аппарата.
Термокрест помещается в стеклянную грушу, из
которой выкачан воздух; эта последняя заключена
в деревянный ящичек
Фиг. 242. Гальванометр со стрелкой
фирмы Гартмал и Браун,
применяет тонкие проволоки
(фиг. 241). Изготовля-
ются четыре типа'
термоэлементов с раз-
личной чувствитель-
ностью, в пределах
2,5 — 8 mV на термо-
элементе при 10 — 50 mA переменного
тока.
р Фиг. 241. Термо-
элемент Снч.енс
и Гальске к галь-
ванометру фиг.
52.
Пределы измерения вакуумтермо-
элементов могут быть при помощи шун-
тов расширены
до 2А.
В термоэле-
менту Шеринга
фирма Гарт-
ман и Браун
из манганина и
Фиг. 243. Термоэлемент
константана, помещенные в вакууме в стеклян-
очередь в целях
выравпива - Шерил га.
пня темпе-
ратуры, заключен во второй, напол-
ненный керосином, сосуд. Таких при-
боров существует два типа: много-
кратный элемент (8 mA, 17 mA)
для измерения токов и двойной эле-
мент (150 mV, 17 mV) для йзмере-
ном сосуде, который
в свою
Фиг. 244. Включение болометра. напряжений (фиг. 243).
2. Болометр. Включаем метал-
лическую нить F (напрнмср нить накаливания лампочки карманного элек-
трического фонарика) в ветвь мостика Уитстона, питаемого постоянным
током от батареи Е (фиг. 244),' затем уравниваем мостик так, чтобы
162
i альваиометр показывал пуль, и посылаем переменный ток I через ме-
i а.члическую нить; последняя нагревается этим током, и ее сонротвл^=
пне повышается; таким образом нарушается равновесие мослпси, урав-
новешенного перед тем постоянным током, и гальванометр показывает
соотве]сгвующес отклонение а. Эю онслопение галь-
ванометра Тем больше, чем больше нарушены усло-
вия равновесия, т. е. чем больше сила протекающего
по. металлической нити переменного тока/. Дроссель-
ные катушки и £2 преграждают переменному току
доступ в. мостик, так что он протекает только по
металлической нити. Конденсатор С не пропускает
постоянного тока мостика в источник переменного
тока.
Фиг, 245. Кривая
градуировки боло-
метра,
Примечание. Это измерительное устройство может быть проградуиро-
вано только ври помощи переменного тока потому, что здесь переменный ток
налагается на постоянный ток и эффективное значение общего тока, определяю-
щего нагрев металлической нити, пропорционально не алгебраической сумме то-
ков/а корню квадратному' из сумм квадратов отдельных тиков.
План работы.
Определить и построить графически градуировочные кривые,
1. Для термоэлемента.
2. Для болометра.
Вопрос для упражнения. ।
Как действует включений параллельно металлической пиги болометра кон-
денсатор С'? Испытать!
56. Характеристика электронной лампы.
Включим нить накала//(фиг. 247) простой электронной лампы к бата-
рее накала и будем регулировать реостат накала г до тех пор, пока
Фиг. 246. Элек-
тронная лампа.
ток накала Ih не нагреет нить
каления (примерно 1 700е), тогда,
достаточно высок, из накаленного
летать „электроны" (части-
цы отрицательного электриче-
ства). Это явление можно срав-
нить с испарением например
воды при 100°.
Пока анодное напря-
жение Va не включено к ано-
ду А (сетка прн данном опыте
соединена с Л), большая часть
вылетающих из накаленной нити
электронов остается вблизи- по-
следней и препятствует благо-
даря своему слишком большому
Н до яркокрасного
если вакуум в лампе
катода Н будут вы-
Фиг. 247. Схема для
получения характери-
стики (/а Va).
скоплению (электронное облачко) выходу новых
электронов. (Действие пространственного заряда.)
Включим положительный полюс анодной батареи к аноду,
тогда вследствие своего отрицательного заряда электроны будут оттянуты
163
от катода к аноду; при этом образуется так называемый электронный
ток /а — анодный ток. Он может быть измерен магнитоэлектриче-
ским миллиамперметром (обратить внимание на полюса!). При постоянном
токе накала /Л (постоянной температуре) анодный ток 1а возрастает по
мерс увеличения анодного напряжения Va сначала медленно, затем бы-
стрее, пока при некотором напряжений ( Vj) он не
остается постоянным, даже если продолжать увели-
чивать анодное напряжение. Верхний предел анод-
ного тока именуется током насыщения (/J (в этом
случае все вылетающие из катода электроны до-
стигают анода), а напряжение Vt носит название
напряжения насыщения.
План работы.
1. Проследим путем опыта зависимость силы
анодного тока /а от анодного напряжения Va, для
Фиг. 248. Кривая Ia, Уа.
различных, поддерживаемых постоянными, значений тока накала
основании полученных результатов строим кри-
вую зависимости исследуемой величины от Va,
г. е. так называемую характеристику (/а, Уд)
(фиг. 248). Сравнить с этой характеристикой
характеристики (/д, Vg) управления действием элек-
тронных ламп (см. ниже).
2. Определить точки перегиба различных
характеристик; затем графически построить зави-
симость напряжений насыщения Vs и токов насы-
щения Is от величины тока накала /Л (фиг. 249).
Фиг. 249. Ток насыщен» я
и напряжение насыщении
в зависимости от тока на-
кала.
57. Управление действием электронной лампы.
Когда между' анодом Л и нитью накала катода помещен кусок ме-
так называемая сетка (например
решетообразный листок металла,
или спираль, или что-либо дру-
гое), тогда электроны, выходящие
из катода, частью будут попадать
иа сетку, а частью через ее отвер-
стие будут пролетать на анод.
Если сетка включена к батарее
(батарея сетки Eg) (фиг. 250), то
важно, какой из полюсов батареи
сетки, положительный илн отри-
цательный, включен к сетке. В пер-
талла с многочисленными отверстиями,
Фиг. 250. Схема для получеаил вом слУчае положительный заряд
кривой {la, Yg). сетки способствует образованию
потока электронов, во втором от-
рицательный потенциал полностью или частично препятствует возникно-
вению потока электронов. Кроме того в обоих случаях сила анодного
тока' /а зависит от конструкции сетки и от расстояния электродов
(анода и катода) от сетки. Эта зависимость выражается отношением
/0=/(кв+о- vy. (1)
164
Здесь папр я ж с н и с на
и а ем ость лампы. Эта последняя
сетке, D - - гак называемая п р о н и-
служит мерою того, насколько сильно
Фиг. 251. Зависимость
</e. Vg)-
Фиг. 253. Вычисление
крутизны по характе-
ристике.
Фиг. 252. Простая схема
усиления.
Фиг. 254. Элек-
тронная лампа
с высоким ва-
влияют на величину анодного тока анодные напряжения по сравнению с на-
пряжениями сетки; D тем больше, чем больше величина отверстий сетки
п чем меньше расстояние анода от сетки. Эта проницаемость определяется
зависимостью (фиг. 251)
dVf, приращение напряжения сетки
D_-----------------------------------------.
<2 Va приращение анодного напряжения
Если включать попеременно переключатель U (фиг. 250)
к а и к Ь, то сетка попеременно будет получать поло-
жительный и отрицательный потенциалы, и анодный ток
будет попеременно усиливаться и ослабляться;
Достаточно уже очень малых колебаний потенциала
сетки, чтобы вызвать попеременное усиление и ослабле-
ние анодного тока, например колебаний разговорного
переменного тока.
Поэтому электронная лампа особенно хороша в ка-
честве (свободного от инерции) реле. Она примеЛется
1ля усиления слабых переменных токов. На фиг. 252
показана простая схема усиления.
Слабый переменный ток I посредством лампы усили-
вается до I, Входной и выходной трансформаторы Те
и Та отделяют провода переменного тока от батарей
лампы и кроме того трансформируют напряжение перед
лампой и после нее. Но трансформатор может служить
также и для других целей — для так называемого под-
бора сопротивлений (см. ниже).
Особое значение маленькой батареи сетки eg будет
ясно из следующего опыта.
На. фиг. 251 показано изменение анодного тока
в зависимости от колебаний напряжения на сетке V#,
так называемая (Ja V#) характеристика; она построена . Сименс иЧ'аль-
для трех различных постоянных анодных напряжений Va. ске.
Повышение анодного напряжения отодвигает характери-
стику в направлении отрицательной абсциссы напряжения на сетке
Усиление лампы тем сильнее, чем круче характеристика, и при
165
работе обычно выбирпотся напряжения Va и так что лампа работает
в рабочей точке на возможно более крутом месте характеристики (Л фиг. 251),
и вокруг этой точки происходят 'колебания напряжения на сетке V и
вместе с ним анодного тока 1а.
При этом не следует забывать, что величина анодного тока 1а зави-
сит также в значительной мере от тока накала /д (ср. опыт на стр. 61).
Отношение прироста анодного тока dla к изменению напряжения на
сетке dVs называется „крутизной* характеристики (фиг. 253).
Она определяется из
/==^mA/v- <2>
План работы.
1. Нужно определить при нескольких постоянных анодных напряже-
ниях Va относящиеся, к ним характеристики (/д, V^) лампы при включе-
нии по схеме фиг. 250 и построить кривые зависимости 1а от Vs.
2. Горизонтальное расстояние друг от друга двух кривых испытания
(фиг. 251) соответствует приращению анодного напряжения dVa (на
фиг. 251 отрезок пт}, следовательно для соответствующего прироста напряже-
ния на сетке d Vs (высчитать по абсциссе) можно вычислить проницаемость D из
О=—
dV,’
1 8 V
например у______у —0,09 = около 0,1=10%! (при определенном
анодном токе /а).
3. Нужно определить наиболее благоприятную рабочую точку А и
крутизну
например из фиг. 251=^ —А-— 1,3 • (10~4) A/V при опреде-
ленном анодном напряжении Va.
4. Нужно вычислить, как показано в примере ниже, внутреннее со-
противление лампы
R‘ = Пц = STS = 0,1 1,3 • 10-‘ = °’77 • 1 °5 а-
5. Какова будет величина анодного тока /а при переменном напря-
жении на сетке —0,5 V и внешнем сопротивлении /?а = 0, а также
при —
при R‘=°’ ,
’а = D^~R~a ~ 0,1 • 0,77 • 105 = 6,5 ’ 1 °”3 “А;
1 Бархгаузен. Катодные лампы. В русском переводе — Гостехиздат, 1925 г. •
166
при /?.= /?а = 0,77 • 1052
О 5
= 0,1-(2 • 0,77-1 б5) = 3,25 ' 1 °~!А-
Максимальная отдаваемая мощность переменного тока будет
у 2 0 52
= 4Д2Т^=4.0,1s . 0,77-10= = 8,1 ’ 10 ’Wt
58, Степень усиления.
На фиг. 256 показано простая схема усилителя, степень уси-
ления которого требуется определить из опыта. Д— В — проволока
мостика, к концам которой подводится пе-
ременный, ток (например 2 V, а> = 5 000), и
эти же концы соединены с зажимами I и II.
Скользящий контакт s па мостике АВ сое-
динен с III зажимом. Между зажимами I и II
действует полное напряжение V, которое
через посредство провода F может действо-
вать непосредственно па телефон 7’; между II
и III зажимом включена первичная катушка
входного трансформатора Те. Этот трансфор-
матор получает неусилешшй ток с отрезка
проволоки мостика длиной I и, усилив его
через вторичные зажимы b выходного транс-
форматора Тп, отдаст его телефону Т при
положении переключателя иь.
Ясно, что нужно только небольшое ча-
стичное напряжение v на отрезке проволоки
Фиг. 255. Одноламповый уси-
литель (С и Т) с регулиро-
вочным сопротивлением.
длиной /, чтобы при попеременном переключении а и b переключателя и
Фиг. 256. Схема для определения степени усиления простого усилителя 1.
добиться в телефоне той же силы звука, что и создаваемый действием
иеусилсиного полного напряжения V.
1 Дроссельные катушки D в соединении с конденсаторами С препятствуют
проникновению переменных токов в анодную батарею Еа. См. добавление.
167
При постоянном накале степень усиления зависит от величины анод-
ного напряжения Va и от приложенного напряжения сетки Vg. Анодное
напряжение Va можно регулировать с помощью делителя напряжения /?,
а добавочное напряженке сетки Vg может с помощью переключателя
U быть попеременно установлено на положительное, отрицательное или иа
нулевое значение.
Для определения степени усиления U добиваемся путем передвижения
скользящего контакта того чтобы отношение напряжений на проволоке
# ". IV \
~ —Х. мостика было — = U ; в этом случае при
1 ' V >
' f \ переключении и из а в b в телефоне полу-
чается одинаковая сила звука.
, у V
q-------—-------------Отношение — на проволоке мостика со-
Фиг. 257. гласно закону деления напряжения соогвет-
ствует длинам следовательно отсюда получаем
& = — — следовательно: (7 = —,
V V I I I
т. е. степень усиления определяется из отношения длин L и I проволоки
мостика.
Проведение опыта.
Нужно определить степень усиления U в зависимости от анодного
напряжения Va для трех напряжений на сетке (для К, V_, и изобразить
графически ее зависимость от Va.
59. Самовозбуждение электронной лампы.
Электронная лампа может сама производить незатухающие коле-
бания, если мы позаботимся о том, чтобы
(например посредством действия индук-
ционной катушки L, на катушку L2) могли
бы воздействовать, как принято говорить,
при помощи обратной связи на цепь
сетки, чтобы усилить таким образом ко-
лебания в анодном токе (см. опыт на стр.
164: „Управление действием электронной
лампы"). Этот процесс сходеи с самовоз-
буждением генераторов постоянного тока
(в этих последних он имеет место благо-
даря незначительному остаточному магне-
тизму). Колебательный контур Д', служит
для настройки лампы на определенную
частоту.
колебания анодного тока 1а
Фиг. 258. Включение иа самовоз-
буждение с обратной связью.
Если катод Н накален, то при вклю-
чении анодной батареи Еа (принять во внимание полюса!) обкладка в
конденсатора С получит положительный заряд, а обкладка b — отрица-
тельный (благодаря анодному току). Конденсатор тотчас же, разряжаясь
168
вследствие действия самоиндукции £{, дает колебательный разряд. Частоте
колебаний в контуре будет
1 1
2* ]/Г^С
О)
где L — в генри, С — в фарадах.
Рассматривая схему в тот момент, когда колебание имеет направление
стрелки 1, мы увидим, что напряжение, индуктированное в Д2, имеет
противоположное направление 2, тут возникает ток, заряжающий сетку
3. Этот последний заряжает сетку положительно и вместе с тем усили-
вает анодный ток 4 (см. опыт стр. 165), а тем самым и колебания в цепи 1,
Фиг. 259. Ламповый зуммер
фирмы Сименс и Гальске.
благодаря увеличению от-
рицательного заряда об-
кладки b конденсатора С.
Но благодаря этому опять-
таки повышается потен-
циал сетки через Lx и
Фиг. 260. Схема лампового зуммера фирмы Сименс
и Гальске. 1 — генераторная лампа ВО, 2—сопро-
тивление в цепи сетки, 3—блок-конденсатор, 4—де-
литель напряжеЕшя, 5 —зажимы дтя дополниил»-
пых конденсаторов, 6 — трансформатор с подвиж-
ным сердечником, 7 — железное сопротивление,
8 — зажимы для измерения тока, 9—-дроссельная
катушка, 10—усилительная лампа, 11 — выходной
трансформатор, 12—анодная батарея (220 V), 13—ба-
тарея накала, 14 — зажимы для нагрузки.
усиливается анодный ток и т. д. (вплоть до предела насыщения!).
При обратном включении катушки Z,2 сетка зарядилась бы в обратном
направлении и не усилила, а, наоборот, ослабила бы колебание. Во время
опыта правильное включение находится эксперйментальным путем.
Самовозбуждение зависит также от степени связи и от затухания
в колебательном контуре При очень слабой связи и при разомкну-
том колебательном контуре (/? = оо) колебания не возникают. Следует
определить условия, при которых начинают возникать колебания в цепи
лампы.
Ламповый зуммер фирмы Сименс н Гальске. Внешний вид показан
на фиг. 259, схема на фиг. 260. Он состоит из генераторной лампы ВО
и усилительной лампы ОВЕ; последняя предназначена для того, чтобы
создавать число колебаний, независимое от нагрузки. Для того чтобы
при работе на различных частотах амплитуды могли быть равными, лампы
169
связываются друг с другом через конденсатор, так как отдаваемая гене-
раторной лампой энергия переменного тока уменьшается с увеличением
частоты. Для установки на различные частоты сердечник трансформатор-
ной катушки контура делается подвижным. Благодаря подразделению ее
обмотки возможна установка частот от ш = 3 000 до <в = 20 000. Мощ-
ность лампового зуммера равняется 0,5 W.
Для накала ламп нужны 8 V при токе 1,1 А, а также анодная бата-
рея в 220 V (15 mA).
План работы.
Установить величину тока накала такую, чтобы при максимальном
анодном напряжении
л и
i
Фиг. 261. Градуиро-
вочная кривая пере-
менной взаимоиндук-
Va (принять во внимание полюса!) ток насыщения
1а (анодный ток) равнялся например 1mA; далее
установить сопротивление затухания /? на 0 и
плотно соединить с (правильно выбрать за-
жимы Д>!).
Установив посредством телефона наличие ко-
лебаний и убедившись таким путем в исправности
работы установки, выполняем следующие задания.
1. Прн /?==0 для различных анодных напря-
жений Va и) очень слабой' связи, при которой
еще нет колебаний, отсчитать по амперметру
«ии. в цепи анода ток „холостого хода“ Уг, затем путе*
постепенного приближения к А, усилить связ(
и заметить ток Js, при котором начинаются колебания.
Отметить, согласно имеющейся градуировочной кривой (фиг. 261)
взаимоиндукцию Ms> соответствующую ‘данной связи (расстоянию межд\
катушками L) и построить кри-
вую зависимости Ms, а так-
же Jf и Is от Va, затем вер-
нуться назад и определить
опяь ток „холостого хода",
ток 1Г, а также взаимоиндук-
цию Л15, при которой колеба-
ния исчезают (фиг. 262, а).
2. При сильной связи
Фиг. 262. Кривые опыта.
и различных анодных напряже-
ниях Va ввести большое сопротивление затухания при котором колебания
исчезают и затем, сохраняя постоянную неизменную связь, уменьшать Д’ до
тех пор, пока колебаний не появятся вновь. При этом отсчитать ток
холостого хода !г и ток Is, а также сопротивление при которых
начинаются колебания; затем постепенно вновь увеличить сопротивление
и отсчитать еще раз ток холостого хода Is, а также сопротивление Rr,
при котором колебания исчезают. Построить кривые зависимости 1Г и L,
а также Rs и Rr от Уа (фиг. 262, Ь).
60. Волномер. 1
В технике сильных токов рассматривается обычно частота / пере-
менного тока, т. е. число периодов в секунду (герц), в технике же
1 См. измерение звуковой частоты сгр. 187.
170
высокой частоты применяется другая мера, именно длина волны к.
Причина такой замены заключается в том, что цифры числа периодов
в технике высокой частоты (k ♦ 106 * герц) очень велики и производить
с ними вычисление было бы затруднительно; точно так же неудобно
было бы в технике сильных токов, при часто встречающихся там малых
числах периодов (162 * * */з, 25, 50 герц), производить вычисление с соответ-
ствующими большими числами в метрах для
длины волны.
Из общей электротехники нам известно,
что продолжительность периода будет
1
(1)
^KA/VX/V*
Фиг. 263.
а из физики нам известно, что путь волны s = c- Т (путь — скорости X
X время). Если для электромагнитной волны обозначим: путь, равный
длине волны к в метрах, время Т, равное одному периоду (в секундах),
и с = 3 ♦ 108 л* $-1 скорость распространения
волны, то
с 3-108
= = (2)
Длина волны X измеряется в технике вы-
сокой частоты почти исключительно следую-
щим путем: колебательный контур В (фиг. 264)
с самоиндукцией и емкостью устана-
вливается вблизи от исследуемого колеба-
тельного контура Д таким образом, что колебания цепи А пере-
носятся в цепь В (например путем индуктивной связи). Если колебания
цепи А имеют длину волны к, то нужно только настроить цепь В на ту
Фиг. 264. Выключение для
градуировки волномера.
же длину волны, например путем регулирования
вращающегося конденсатора С2. Как только на-
стройка достигнута, трубка Гейслера, включен-
ная например к С2, вспыхивает ярким светом
j (резонанс!), потому что тогда число собствен-
ных колебаний к2 цепи В равно числу колеба-
ний к, цепи А (ср. с вибрационным частотоме-
ром). Но
ний Х2 цепи
это
число собственных колеба-
ло
В может быть вычислено
самоиндукции Д
-------7-----
Деления
Фиг. 265. Градуиро-
вочные кривые.
и емкости С2. Согласно теории переменных
токов
2 тг _________________
kf.« = 2 т: j/ LCM • С cm или (3)
(1 Н = 10’ см; 1 F==106jxF = 9 • 10п см).
Если теперь В — уже проградуированный волномер, в котором можно
отсчитывать длину волны к (в метрах) на шкале (по положению регу-
лируемого конденсатора) или по приложенной градуировочной кри-
вой, то можно проградуировать и цепь А в качестве волно-
мера.
171 .
Включаем ее через искровой промежуток F к индукционной кагушке
L, устанавливаем Ci последовательно на целые деления шкалы и каж-
дый раз до тех пор вращаем конденсатор С2 волномера, пока не за-
горится трубка Гейслера G; это удается провести особенно точно при
слабой связи.
План работы.
1. Для трех различных, известных по размерам катушек (без же-
леза) определить волномером (цепь В) длину волны X, цепи А при раз-
личных положениях а, регулируемого конденсатора Q; затем построить
кривые зависимости X от а.
2. По длине волны Xj и по известной емкости регу-
лируемого конденсатора С, вычислить самоиндукцию 1.х
трех катушек. Имеем
1 /х \
Фиг. 266. LX(CM) = ~— I УЧ • (4)
3. Эти же самоиндукции вычислить на основании известных размеров
катушки. Для коротких катушек при п витков имеем
L — 4 к ^1п 8 ---------генри (см. фиг. 266).
61. Измерение самоиндукции волномером.
Для определения самоиндукции L можно эту последнюю соединить и
колебательный контур с известной емкостью С (фиг. 267) и параллельно
конденсатору С включить зуммер s и батарею
(цепь А). Если мы приблизим катушку связи 5
волномера В к измеряемой самоиндукции L, то
колебания, созданные цепью зуммера А, перс-
/Ла*—Л/v-g
Фиг. 268.
несутся путем индуктив-
ной связи (трансформа-
торного действия) в вол-
номер В.
Так как волиы зум-
мера получены при низ-
ком напряжении, то для
быть применен телефон
тектором D,
Фиг. 267. Включение л.'я
измерения самоиндукции.
их обнаружения может
Т в соединении с де-
Детекторы лучше пропускают ток в одном направлении, чем в противо-
положном, поэтому появляющиеся при каждом перерыве зуммера в коле-
бательном контуре 7 колебания (7, фиг. 268), которые вследствие своей
высокой частоты не могут быть приняты телефоном, так как мембрана
не дает таких быстрых колебаний, пропускаются детектором через теле-
фон, как толчки тока (7/, фиг. 268), и мембрана колеблется в ритм с
этими толчками тока.
Амплитуда колебаний (толчков тока) достигает наибольших величин,
если цепь 7 и волномер В настроены в резонанс, т. е. еейи собственная
частота цепи I совпадает с частотой цепи волномера.
172
длины волны X, отсчитанной на волномере, получим тогда
_____ X2
Ссм или LeM = 5^5--. (1)
1Н = 109 см, 1F = 106|xF = 9- 10"с.и.
Примечание. Сопротивление детектора настолько велико, что его можне
включить параллельно конденсатору, не вызывая тем сильного затухания коле-
баний. Параллельно телефону Т включается маленький конденсатор, для того
><тобы токи особо высокой частоты миновали телефон (слишком большой кон-
денсатор отнимет у телефона часть токов звуковой частоты) (//, фиг. 268). Часто
для отвода токов высокой частоты от телефона достаточно действия собственной
емкости подводящих проводов телефона.
План работы.
Измерить волномером (уравнение 1) самоиндук-
цию L катушки с изменяемым числом витков w и
построить кривую зависимости L от w (фиг. 269).
Примечание. При прямых вытянутых проводах
.можно считать их самоиндукцию равной десятикратной ве-
личине их длины в сантиметрах (их емкость равной одной
десятой этой длины). Поэтому при включении катушки
с малым числом витков (или малых конденсаторов)
Фиг. 269. Самоин-
дукция в зависимо-
сти от числа витков.
нужно обращать внимание на самоиндукцию (и емкость) соединительных
№ ЙУ а X L
— делений см см
проводников; последние нужно брать воз-
можно короче, в виде прямых провод-
ников.
Вопрос для упражнения.
Почему линия (фиг. 269) несколько
отклоняется от прямой и в каком месте?
62. Волномер Зейбта.
Волномер типа LW 10 фирмы Георг Зейбт состоит в существенных
чертах из вращающегося конденсатора С емкостью в 1 000 см и из 7
сменяющихся катушек 5; каждая из катушек имеет тройной штепсель k
(см. фиг. 271—274). Этим прибором можно производить;
1. Измерение затухающих волн с помощью кристаллического детек-
тора.
2. Измерение незатухающих волн с помощью тиккера
3, Получать слабо затухающие колебания с помощью зуммера.
Соединение катушек с внутренней частью измерительного прибора
осуществляется тремя подводящими проводами k (фиг. 271 —274), спря-
танными в кожаном футляре (фиг. 270).
Предел измерения воли простирается от 100 м до 24 000 м, а
именно:
с катушкой I для 100 — 350 м
, . К . 250— 750 ,
„ в Ш в 500— 1500 „
„ „ IV , 1 000— 3 000 ,
, „ V , 2000— 6000
, „ VI „ 4 000 — 12 000 „
, в VII „ 8000—24000 о
1 Прерыватель, питаемый от отдельного источника постоянного тока, создает
периодические прерывания тока в рабочей цепи (см. ST на фиг. 272 и 274).
173
Измеряемая волна либо
щегося конденсатора, либо
отсчитывается на ОДТТОЙ из 7 шкал вращаю-
определяется по соответствующей гра tyiipo-
Фиг. 270. Волномер фирмы Георг
Зейбт, Берлин, тип LW 10.
нового зуммера). Определение д.
способом.
ночной кривой, приложенной к изме-
рительному прибору.
Измерение затухающих волн.
Для этой цели надо поставить пере-
ключатель на положение „детек-
тор", потом вставить детектор и
телефон для того, чтобы составить
схему фиг. 271. Затем следует регу-
лировать вращающийся конденсатор С
до тех пор, пока в телефоне Т не
получится максимума звука. Конден-
сатор с имеет назначение проводить
мимо телефона токи высокой частоты.
Измерение незатухающих волн.
Ставим переключатель на положение
„тиккер", для того чтобы получить
схему фиг. 272. Тогда мы в теле-
фоне услышим раздробленные тикке-
ром и выпрямленные детектором не-
затухающие колебания (например лам-
>1 волны производится вышеуказанным
Получение затухающих колебаний. Ста-
вим выключатель в положение зуммера; встав-
ляем зуммер 5 и регулируем контакт зуммера
до тех пор, пока в телефоне не появится ясный
звук. Длину волны, возникшую в измерительном
приборе, определяем, как и раньше, по шкале
вращающегося конденсатора С (фиг. 273).
Испытание зуммер-тиккера. Включаем
с помощью испытательной кнопки, располо-
женной на эбонитовой пластинке волномера,
один из сухих элементов е, находящихся
внутри прибора (фиг. 274); затем регулируем
контакт зуммера и устанавливаем контакт
тиккера до тех пор, пока не услышим в те-
лефоне ясного звука.
63. Взаимоиндукция и коэфициент связи.
Если две катушки с самоиндукциями
и Л2 включены последовательно, то их само-
индукции складываются; общая действую-
щая индуктивность при достаточном
расстоянии между катушками будет
Фиг. 271.
Фиг. 273.
1=1,4-/.,.
Фиг. 272.
Если же катушки находятся достаточно близко друг
силовые лниин одной пересекают витки другой и наоборот.
Фиг. 274.
О)
к другу, то
174
Теория переменных токов показывает, что взаимное влияние обеих
катушек одинаково.
Таким образом к самоиндукциям L прибавляется еще величина взаимо-
индукций 2М, так что общая действующая индуктивность будет
£ = £,-{-=t 2 М, (2)
причем
примем
м = ь у
Здесь k — так называемый ко эф и-
циент связи, он всегда меньше 1.
Имеем
Фиг. 275. Схема для опреде-
ления коэфициента связи.
Взаимоиндукция М может быть положительной или отрица-
тельной, в зависимости от того, взаимно усиливаются или ослабляются
поля обеих катушек. Если поменять зажимы в одной из .катушек (т. с.
изменить в ней направление тока), то вместо усиления мы будем иметь
равное по величине ослабление, и наоборот [см. оба знака перед чле-
ном 2М в уравнении (2)]. Это обстоятельство мы используем для изме-
рения М: измеряем, как описано на стр. 172 (фиг. 267), отдельные само-
индукции £t и £2. Затем включаем их последовательно и определяем
общую индуктивность La, после чего меняем зажимы одной из катушек
и определяем действующую индуктивность Lb. Имеем
/ia = i, + ia + 2AI
I— 2/И
Отсюда получаем путем вычитания
4/77
Фиг. 276. Взаимоин-
дукция М и коэфи-
циент связи k, в за-
висимости от а.
или
La — Lb = 4M
Л1==
La-Lb
4
М)
План работы.
На основании уравнения
определяем сначала, пользуясь зуммером (фиг. 275) с волномером В
(см. стр. 73) и известной емкостью С, самоиндукции £, и £2; затем,
при последовательном соединении и определяем для различных
расстояний а между обеими катушками действующие индуктивности
La и Lb. Затем строим кривую зависимости М и k от а.
№ а X La а X’ Lb Л1 k
см см СМ см см СМ см
175
64. Измерение емкости мостиком при высоком напряжении.
(С трубкой Гейслера)
Включим известный конденсатор Сп, измеряемый конденсатор Сх
вместе с двумя равными самоиндукциями £, и £а (без железа) по схеме
мостика Уитстона (фиг. 278) и будем питать схему у А и В искрового
промежутка £ от обмотки высокого напряжения индуктора F (спираль
Румкорфа); тогда колебательные коцтуры I и II окажутся включен-
ными параллельно. На трубку Гейслера, соединяющую конденсаторы у
а и Ь, действует в каждый данный момент разность напряжений на
конденсаторах vn и vx. Трубка гаснет, поэтому, когда напряжение vx
равно по величине и по фазе фп, но при L^ — L^ это возможно лишь в
случае
С — С
Фиг, 277. Искровой индуктор.
Согласно принципу мостика Уитстона
имеем
1
Сп<о __
I__ £9“
или
C®<o = CBo* - у—,
£3ш
т. е.
с-с . А
'-JC — с-п . .
Ь2
Поменяв местами £, и £2, производим
контрольное измерение. Если
при этих измерениях мы должны были установить для равновесия мостика
в одном случае емкость известного конденсатора Сп1,
имеем
а в другом .Сй3, то
G
С — С
Чи — с-я1
и дальше путем умножения
Ij
Фиг. 278. Включе-
ние мостика.
Сх — 1/ г .г ,
х ' Ни иП2
>х ' СП1 * СП2
И
Примечание. Tf
же, как известные нуле!
Заряд
ние. Трубка Гейслера действует так
известные нулевые вольтметры при парал-
лельном включении генераторов переменного тока;
нулевой вольтметр показывает нуль только при син-
хронизме, т. е. тогда, когда оба параллельно вклю-
чаемые переменные напряжения равны по величине
и по фазе; в противном случае на вольтметр дей-
ствует геометрическая разность напряжений, вызывая
большее или меньшее отклонение его стрелки. Здесь дело идет о незату-
хающих колебаниях, в нашем же опыте — о затухающих (фиг. 279).
Фиг. 279, Кривые разряда
цо уравновешивания мо-
стика.
С =С . —
UJT2- Л2 г
176
План работы.
Для измерения емкости Сх изменяем емкость конденсатора (известной
емкости) до тех пор, пока трубка Гейслера не погаснет.
Требуется измерить;
1. Емкость двух лейденских банок: а) в отдельности, Ь) при после-
довательном, с) при параллельном соединении.
2. Определить путем опыта влияние введения в или металли-
ческих сердечников (железных, медных, латунных сплошных и полых).
Примечание 1. При прямых вытянутых проводах можно считать емкость
их равной одной десятой доли их длины в сантиметрах (их самоиндукция равна
десятикратной величине их длины). При включении прибора надо обращать на
это внимание и выбирать по возможности короткие прямые провода. Вполне при-
годны голые проволоки, так как при высоких напряжениях изоляция все равно
бесполезна.
Примечание 2. £, и L2 не должны влиять друг на друга.
Примечание 3. Так как омическое сопротивление первичной обмотки ин-
дуктора незначительно, то она должна быть включена только, пока
работает прерыватель; в противном случае могут пострадать аккумуля-
торы, питающие индуктор. -
Индуктор работает спокойнее при малой нагрузке, поэтому последняя должна
быть ие больше, чем это требуется для действия трубки Гейслера.
65. Емкость катушек.
Фиг. 280. Схематическое изображение
частичных емкостей.
Катушки обладают не только самоиндукцией L, но и емкостью С,
которая при известных обстоятельствах, например при приеме электро-
магнитных волы, может вызывать
явления резонанса без помощи осо-
бого конденсатора (приемник с ка-
тушкой без конденсатора).
Действующая емкость однослой-
ных катушек делится на три частич-
ных емкости:
1. Внешняя емкость катушек.
2. Внутренняя емкость катушек.
3. Емкость по отношению к земле.
Емкости имеют место.
1. Между внешними витками катушки
вообще; между точками противоположных потенциалов последние сс
гласно опыту растут соответственно диаметру катушки, но не зависят
от ее длины (фиг. 280, а).
2. Между соседними витками по отношению друг к другу, причем
емкости зависят от расстояния между витками, обусловленного изоля-
цией, они растут вместе с увеличением диаметра катушки (фиг. 280, Ь).
3. Между витками и окружающей средой (и землей’), — емкость по
отношению к земле (фиг. 280, с).
Действующая емкость катушек может быть определена из опыта.
На рис. 281 S—это исследуемая катушка с самоиндукцией L и
емкостью Cs. Если мы включим параллельно к ией вращающийся кон-
денсатор С, то исследуемый контур В будет иметь число собственных
колебаний
Х = 2 тгГТГСсЯ-7 С). (1)
12 К. Грун. Лабораторные измерения по электротехнике.
177
Возводя в квадрат, получим:
’ Х« = 4я‘ L (С, + С) = А-(С,-| -С),
где k — 4т:2 L будет постоянным.
Если мы изобразим графически отношение X9 к С, то получим пря-
мую линию (фиг. 282). Измерим длину волны X, например прн помощи
промежуточного включения контура связи /< с волномером W (который
вместе с измерительной установкой возбуждается при помощи зуммера
$), прн этом измерении мы настраиваем на резонанс контуры В и W,
о чем можем судить при помощи испытателя звука Т, При помощи
вращающегося конденсатора С изменяем несколько раз длину волны и
повторяем измерение; зависимость X2 от С графически изобразится пря-
мой (фиг. 282).
Отрезок Ь, отсекаемый этой последней, на отрицательной части оси
Фиг. 281. Схема для измерения емкости Фиг. 282. Графическое изо-
катушек. бражение емкости катушек.
абсцисс, будет Cs, так как при С— — Cs, Х2 = 0 и прямая пересекает
ось абсцисс.
План работы.
Определить посредством опыта действующие емкости С4. нескольких
катушек.
Примечание 1. Ввиду малой емкости добавочного конденсатора С (Стах =
= 100 см) н\жно, чтобы емкость соединительных проводников была по возмож-
ности мала; тогда при подсчете ее можно считать равной 2 — 5 см; особенно
важно это при нулевом положении вращающегося конденсатора С.
Примечание 2. Следует держаться возможно дальше от собственней
волны испытателя звука.
66. Подбор сопротивлений.
Техника сильных токов-при передаче энергии и при конструировании
аппаратов и машин стремится к возможно большему коэфициенту по-
лезного действия, а техника слабых токов в интересах хорошего приема
в большей мере ставит своей задачей возможно большую отдачу мощ-
ности в месте приема.
Отданная мощность (во внешнем сопротивлении) определяется всегда
пз уравнения
(Д +
(1)
Из простого рассуждения ясно, что эта мощность Ра при очень малом
178
внешнем сопротивлении (Za = 0) и при очень большом внешнем сопро-
тивлении (Za = со) равна нулю. Между этими двумя пределами лежит
наибольшее значение этой мощности, именно она достигает максимума
При = (2)
Как теоретически, так и практически можно легко доказать, что наи-
большая отдача мощности имеет место тогда, когда
„внутреннее сопротивление" 2^источиикаэнергии равно „внеш-
нему сопротивлению" Za приемника энергии (фиг. 283).
По различным причинам (для разделения цепей, например, или для
подбора сопротивлений)4 часто в интересах лучшего приема включаются
в провод трансформаторы (фиг. 283); эти последние могут принадлежать
или к Zj (фиг. 192, Ь) или к Za (фиг. 192, с).
В трансформаторах (при холостом ходе) напряжения относятся друг
к другу как числа витков, токи (при коротком замыкании)—-обратно
числу витков.
Если мы обозначим через
коэфициент трансформации,
то имеем
Ei. 4=^
~ UV /9
Фиг. 283. Схематическое изображение внутрен-
них и внешних сопротивлений включения.
V
и следовательно для действующих сопротивлений Z=~r
К» El=(?
w7, w7,
Z,
га
Р)
Если даны определенные внуфениее и внешнее сопротивления, то в
случае плохого приема можно достичь лучшего подбора (соотношения)
сопротивлений (при наибольшей отдаче мощности во внешнем сопроти-
влении Ztt) включением
трансформации
между ними трансформатора с коэфициентом
и
Для включения (по
уравнения (3)
фиг. 283, Ь) будем тогда иметь на основании
для включения по схеме
Zi=Zll' = u,Zv
фиг. 283 с
7.
7 =Z'~ —
План работы.
Источник тока звуковой частоты Е (фиг. 284 л) питает через транс-
форматор tr внешнее сопротивление Ra. Для сравнения соединяем Е с
делителем напряжения S и регулируем частичное напряжение v до гех
179
пор, пока при известном внешнем сопротивлении /?а, при переключениях
посредством U в положения а и Ь, сила звука в телефоне будет одина-
ковой. Можно считать v пропорциональным частичной длине I на дели-
теле напряжения: эту длину / нужно менять в зависимости от измсне-
Фиг. 284 а. Схема для подбора со-
противления.
ния Ra.
Определить при помощи телефона
путем сравнения для ряда внешних
сопротивлений /?а соответствующую им
длину /.
1) без трансформатора tr при раз-
личных внутренних сопротивлениях
(/?< = 1, ю, 100, 1 000 2),
2) с трансформатором (при u—1)
для тех же значений
3) с трансформатором при различ-
ных коэфициентах трансформации. Если и^>1, то должно быть увели-
чено н напряжение, с которым мы сравниваем, для
должен быть включен трансформатор с извест-
ным коэфициентом трансформации.
Для каждого случая вычислить мощность
г12
----n-=/Wa)
Ка >\а
и построить кривую ее зависимости от /?а,
отыскать максимум = и на осно-
вании его положения проверить правильность
закона подбора сопротивлений (фиг. 284 Ь).
Примечание. Для графического изображения
логарифмической бумагой.
чего к ti (фиг. 284 а)
г <
<2
Фиг. 284 Ъ. Графическое
изображение закона под-
бора сопротивлений
Ri = Ra.
рекомендуется пользоваться
67. Телефонный трансформатор.
Мостик Уитстона (см. стр. 100), предназначенный для измерения
векторных сопротивлений, может служить и для исследования
Фиг. 285. Мостик переменного
тока для исследования теле-
фонного трансформатора.
телефонного трансформатора Тх; для этой
цели мостиком измеряется сопротивление прн
у
переменном токе Zx — — между первичными
зажимами. Сопротивление это меняется в за-
висимости от нагрузки Rb во вторичной
цепи. При отсутствии нагрузки (при холо-
стом ходе /?й = оо) сопротивление =
равно активному сопротивлению первичной
обмотки, Lx = равно ее действующей
самоиндукции. Прн нагрузке сопротивле-
нием Rb трансформатор потребляет первич-
ный ток, зависящий от силы вторичного
тока; тем самым увеличиваются потери и следовательно уменьшается
активное сопротивление Rx. Вторичные токи образуют также -магнитное
поле, которое противоположно первичному полю; эти вторичные токи
уменьшают следовательно общее поле и вместе с тем и действующую
180
самоиндукцию LT (противодействующие ампервитки). При очень ма-
лом Rb уменьшается как Lx, так и RT. Имеем следующее отношение
Zx = Rx j Lx и. (1)
Если мы будем изменять вторичное активное сопротивление
от 0 до со, то конечная точка луча, изображающего измеряемое век-
торное сопротивление Zx, опишет полуокружность (фиг. 287).
Величина активного сопротивления Rx является мерой для вторичной
отданной мощности. Так как диаграмма сопротивлений в другом мас-
штабе, как известно, представляет собою диаграмму напряжений, то на
основании фиг. 287 мы узнаем, что активное сопротивление (слагающая
в направлении / ) больше всего тогда, когда Rx достигает максимума,
т, е. приблизительно тогда, когда прямая, параллельная оси J касается
полуокружности. При такой нагрузке трансформатор работает в наи-
более выгодных условиях.
Фиг. 287. Диаграмма теле-
фонного трансформатора.
Фиг. 286. Телефонный трансформатор.
План работы.
Согласно фиг. 285 и как указано на стр.
в телефоне, при Rt, включенном в ветвь Rn
ЬОО, при отсутствии звука
.ft*. н L —L 1~.
1ч Х * 4
(2)
Отсюда можно вычислить RT и Lx.
1. Требуется определить сопротивление Zx при различных нагрузках Rb
от 0 до со, изобразить графически эту зависимость и построить круг
сопротивлений (фиг. 287). Из любой точки О обкладываем в направле-
нии оси действительных величии значения Rx и из их конечных точек
восстанавливаем перпендикулярно к ним Lx<o. Центр М круга сопроти-
влений лежит иа перпендикуляре L^ — АВ. Так как нельзя привести
к нулю, то в качестве последней точки полуокружности (для Rb — 0)
будет служить точка короткого замыкания К.
2. При какой нагрузке лучше всего работает транс-
форматор? ,
68. Искусственный кабель.
Схема искусственного кабеля пбказана иа фиг. 288. Каждая ступень
искусственной схемы соответствует 25 км длины кабеля; она обладает
‘181
емкостью 2 X 2pF, соединенными последовательно, что дает емкость сту-
пени l|iF, следовательно мы считаем емкость кабеля на километр равной
lu.F
----= 0,04 pF; омическое сопротивление каждой ступени 2X50 2,
включенных последовательно = 100 2, следовательно сопротивление ка-
. *00 2
беля на километр равно —--- = 4 2.
Эти размеры соответствуют при-
мерно размерам рейнского кабеля (обладающего 0,055 pF на километр и
5 2 на километр).
Фиг. 288. Схема искусственного кабеля.
Фиг. 289,’ Падение напря-
жения в кабеле.
I. Падение напряжения в кабеле. Теория и практика учат
нас тому, что включенное в начале кабеля напряжение Ц, уменьшается
вдоль кабеля согласно закону показательной функции (фнг. 289).
Математически это выражается уравнением:
И,= У0.е-^- (1)
Зтесь Ц, — напряжение в начале кабеля, 1Х—
длина кабеля до места измерения х, Ух— на-
пряжение в этом месте, е = 2 718 основание
натуральных логарифмов и р — так называемая
постоянная затухания, р/— степень
затухания.
2. Уменьшение тока в кабеле.
Вследствие того, что сопротивление изоляции
не равно сю, а главным образом через параллельно включенные емкости
кабеля, ток на протяжении линии ответвляется, благодаря чему ток
в нагрузке меньше, чем ток в начале кабеля.
Ток в каждой отдельной ступени определяется по величине падения
напряжения ДИ на обоих концах ступени и сопротивления Z этой по-
следней. Он будет
Отношение — = Z называется характеристикой кабеля.
Примечание. Для бесконечно длинных кабелей характеристика теорети-
чески определяется так:
/=]/ £? <3>
а постоянная затухания 8 из выражения
(4)
182
План работы.
Определить уменьшение напряжения в кабеле с помощью вольтметра;
далее нанести графически зависимость этого умешщлшя от длины 1Х и
притом при двух различных частотах:
А. Для /=100 герц.
В. „ /=500 „
То и другое при условии, что:
1) кабель на конце: а) разомкнут; Ь) замкнут накоротко;
2) ка'ель в середине: а) разомкнут; Ь) замкнут накоротко.
Напряжение в начале кабеля должно быть одинаковым при всех
опытах.
(Соблюдать осторожность при большом числе периодов!). Целесо-
образно будет произволить измерение напряжений при разомкнутом и
при накоротко замкнутом кабеле непосредственно одно за другим.
С. Вычислить на основании измеренных величин Д 7 уменьшение тока
для отдельных ступеней.
D. Вычислить постоянную затухания 3
на основании измеренных величии по урав-
нению для бесконечно длинного кабеля
vn
а также по постоянным С^У/км и Д' Q/km,
согласно теоретическому уравнению (4).
Е.
Вычислить
V
характеристику z= ——
по измеренным величинам, а также согласно
теоретическому уравнению (3).
Фнг. 290. Диаграмма
к пункту г.
F. Вычислить проводимость У= С-с» воздушной линии длиною
в 300 км, сопротивление изоляции коюрой #=10'й и емкость кото-
рой равна 1 fiF для /=50 герц. (фиг. 290), а также силу тока / в
А при холостом ходе н напряжении
17= 10 000 эффективных вольт.
69. Провод Лехера.
.Для градуировали! волномеров абсолютным способом),
Если мы свяжем индуктивно (или при разомкнутом /ферез емкость)
колебательный контур волномера (фиг. 291), возбуждаемого индук-
тором J, с системой двух прямо протянутых проводов, то волны пере-
дадутся на систему проводов (по Лехеру) Ч
У разомкнутого конца В эти волны отражаются таким образом, что
там ток равен нулю, а напряжение достигает максимума; в случае зам-
кнутого конца, наоборот, ток достигает максимума, а напряжение равно
иулю.
В тот момент, когда пробивается искровой промежуток первичной
цепи электроны начинают двигаться взад и вперед, порой даже в
противоположных направлениях. В известных точках они скопляются и
текут снова обратно.
1 См. Ebert, Lehrb. d. Physik П, 2. Teil, 1923, S. 69.
* 183
В точках скопления сила тока очень мала (равна нулю), напряжение
достигает максимума (для пояснения можно представить себе например
свободный конец В как конденсатор). Но, наоборот, в узлах напряжения
(например на замкнутых концах или, прн соответствующих условиях, на
местах системы проводов, замкнутых накоротко скобой К) ток достигает
максимальной силы.
Образуются стоячие волны, напоминающие известный опыт с
горизонтально колеблющейся веревкой, один конец которой крепко при-
вязан к чему-нибудь, а другой конец более или менее быстро двигается
вверх и вниз.
При определенных со-
отношениях всей длины
системы проводов L (рав-
ной например от Л до В,
24 м) н длины,волн X ме-
жду колебательной цепью
и проводами Лехе-
ра К2 наступает резо-
нанс.
Система проводов обладает бесконечно большим количеством соб-
ственных колебаний и поэтому пригодна для (абсолютной) граду-
ировки волномеров.
При одном открытом, а другом накоротко замкнутом конце системы
проводов будем иметь
L 1 3 5
-7- = -^ или - или . (1)
X 4 4 4 7
При двух накоротко замкнутых (или открытых) концах будем иметь
L
X
—, или
2 3 4
или — , или у. (2)
Длину X установленной
жению узлов н пучностей
в системе проводов. Включен-
ная между двумя проводами
трубка Гейслера G ярко све-
тится у пучности напряжения
и не светитс5®при включении
между узлами. Узлы напряже-
ния могут быть замкнуты нако-
ротко скобой К, ничего не
волны можно определить по поло’
к-Збт.
sL-J2m.
ХонцЬ разомкнуть
изменив этим в распределении
волн.
замкнут^
Фиг. 292. Распределение тока и напряже-
ния вдоль провода Лехера.
План работы.
Включаем трубку Гейслера G к открытому концу В и замыкающую
накоротко скобу К на определенном расстоянии I от Д. Затем будем
менять емкость вращающегося конденсатора С до тех пор, пока не на-
ступит резонанс н трубка Гейслера не даст наиболее яркого свечения.
Этим способом следует испытать несколько точек волномера
184
Определить посредством трубки Гейслера распределение напряжения
вдоль провода при замкнутом конце В и построить график этого рас-
пределения (см. например фиг. 292), затем посредством включения за-
мыкающей скобы определить узлы.
70. Возбуждение затухающих колебаний.
Затухающие колебания получаются в
возбуждаемый (антенный) контур II (фиг.
том случае, когда например
293) получает от цепи кон-
Слайая с&язЬ
Фиг. 294. Кривые резонанса при
различной связи.
Фиг. 293. Схема для снятия кривых резо-
нанса.
денсатора I путем связи в Л’ колебания, которые возникают при проби-
вании искрового промежутка F; последний соединен с зажимами обмотки
высокого напряжения ин-
дуктора J. Получившиеся
в цепи II колебания мо-
гут быть измерены вол-
номером . (цепь ПГ), а сле-
довательно и приняты бо-
лее или меиее отдаленной
приемной антенной.
После настройки це-
пи //на резонанс с цепью/
электромагнитная энергия
цепи / переходит благо-
даря связи в цепь //, и
колебания этой послед-
ней достигают максимума,
когда в цепи / ток исче-
Фиг. 295. Графическое изображение колебании
при применении искровых промежутков Брауна
и Вина.
зает полностью. Затем энергия вновь возвращается обратно и.*, д. (фиг. 295).
Тут возникает совпадение колебаний, подобное тому, которое мы имеем при
параллельном включении двух генераторов переменного тока (аналогия
из механнкн: два связанных настроенных маятника!). Амплитуда совпа-
дающих колебаний здесь тоже не постоянна; она уменьшается вслед-
ствие затухания (/V) в колебательном контуре и именно по закону
показательной функции.
Снимая кривую резонанса волномером, путем изменения С3, мы
получим два максимума вместо ожидаемого одного (фиг. 294).
Объясняется это следующим образом:
Графическое изображение (фиг. 295) процесса совпадения колебаний
показывает, что тут мы имеем дело с двумя различными частотами:
частотой колебания ш и частотой совпадения а, соответствующими пери-
185
одам колебаний Та и на фиг. 295. Обозначим через I максимальное
значение первого колебания, через t—время, через е = 2,718— осно-
вание натуральных логарифмов, р — коэфициент затухания, который
должен показывать степень постепенного уменьшения амплитуд; тогда
мгновенное значение i колбеания может быть выражено математически
следующим уравнением:
I — I • е • cos а/ • sin (1)
Если мы представим себе, что <о и а возникли из двух новых час-
тот <оа и <оь, то уравнение (1) может быть преобразовано на основании сле-
дующего:
(2)
так что , ,
<Da = <o-j-a и = <о—а. (3)
Подставив эти значения в уравнение (1), получи
1 = -у ?"?*' (sin а>„(. sin <o„f). (4)
Таким образом общее колебание уравнения (4) состоит из двух коле-
баний частот <оа и (оь, из так называемых волн связанной системы, и
действительно такова примерно физическая картина явления.
Слабо связанная цепь III (волномер) реагирует не на основное коле-
бание с частотой со (так как его амплитуда попеременно положительна
и отрицательна), а только иа волны связанной системы <оа и <о&.
Как уже было сказано (при относительно сильной связи), получаются
два максимума. Эти максимумы тем дальше отстоят друг от друга, чем
сильнее связь. При совсем слабой связи они соединяются у К. Расстояние
волн связанной системы служит непосредственно для суждения о силе
связи.
Когда вместо обычного искрового промежутка (возбуждение
Брауна) употребляется разделенный нскровой промежуток с большими
металлическими поверхностями, в котором искра, разделенная на много-
численные искорки, быстро и легко гаснет благодаря большим поверхностям
охлаждения, тогда колебание в цепи I обрывается, а цепь II продолжает
самостоятельно колебаться с слабым затуханием и с частотой цепи II
(фнг. 295 Ь) (возбуждение Внна).
План работы.
1. Возбудить контур I и измерить длину волны X при разомкнутом
контуре II, Вслед за тем слабо связать цепь II с цепью I в К и
настроить ее иа цепь /. Этого можно добиться, регулируя вращающийся
конденсатор С2 до тех пор, пока волномер (при неизменяемой настройке),
который теперь слабо связан с цепью II, не покажет максимума тока.
2. При различных степенях связи (в Л), не меняя ничего
в настройках цепей I и II, снять волномером, путем регулирования
вращающегося конденсатора С3, кривую резонанса и иаиести ее графически
(фиг. 294) для следующих случаев:
а) при применении обычного искрового промежутка;
Ь) при применении искрового промежутка Вина.
186
71. Измерение токов звуковой частоты.
В то время как магнитный зуммер (см. стр. 145) дает главным
образом только одну среднюю частоту, ламповый зуммер посредством
настройки своего возбуждающего колебательного контура может быть
отрегулирован на различные частоты.
На фиг. 296 показана очень простая схема. Рядом с катушками
и известной схемы самовозбуждения Мейснера (см. стр. 168) поместим
третью катушку £3 так, чтобы она находилась в поле £2; при такой
установке мы можем получить на ее зажимах АВ переменное напряже-
ние, частота которого зависит от
’установки конденсатора С. Эта
частота может быть измерена раз-
личными способами.
1. Посредством на-
стройки па резонанс.
Измеряемой частотой питаем ко-
лебательный контур К (фиг. 297)
и регулируем вращающийся кон-
денсатор С до тех пор, пока не
получим в телефоне Т максималь-
ную силу звука. Тогда, как из-
вестно, получим:
Фиг. 296. Простой ламповый зуммер
в схеме Мейснера как возбудитель коле-
баний.
где L обозначает самоиндукцию колебательного контура # (включая
телефон), С — емкость вращающегося конденсатора. Отсюда имеем:
Фиг. 297. Схема
для резонанса.
2" ' Vl-c’ (2)
где! — в генри (1Н = 109 см), С — в фарадах (1F==
= 106 r.F =9 ♦ 1011 см), в герцах.
По этому методу могут быть по отдельности изме-
рены как основные тоны, так и обертоны. Этот способ
соответствует способу градуирования волномера при
помощи колебаний высокой частоты (стр. 170).
2. Посредством мостика. Определяем, как на стр. 99, кажу-
щееся сопротивление Z, которое слагается из известной самоиндукции L
и емкости вращающегося конденсатора С. Rn — это безиндукционное и
безъемкостное эталонное сопротивление (фиг. 298).
Если мы попеременно двигаем скользящий контакт $ и регулируем
конденсатор С до тех пор, пока звук в телефоне не исчезнет (при на-
личии обертонов получается лишь минимум звука), то будем иметь:
A—L. z=r • -Ь-
Rn~ h’ " h ’
(3)
В этом случае при минимуме звука имеем:
L<o —
1
О?
187
т. е.
со — 2;:/= —~— или /==
YL-е
_L
2л
(4)
______1
Кажущееся сопротивление
z=|/ ^+(iffl__L)‘2
в данном случае будет:
Z=
Ток в цепи конденсатора (при резонансе мостик уравновешен) будет
в фазе с частичным напряжением на концах AD мостика, равно как и
в других ветвях, н только в этом случае воз-
можно вообще уравновешение мостика при по-
мощи безындукционного сопротивления Rn.
Примечание. Если пользоваться подходящим,
волномером со средним пределом измерений око-
ло Х = 400 000 м, соответствующим средней частоте
звука в 800 герц (<d = 5 000), то можно частоту от-
считывать непосредственно по волномеру.
3. Посредством компенсации. Вклю-
чаем последовательно вариометр взаимоиндукции
и конденсатор С (по фиг. 299); с одной сто-
роны включаем измеряемую частоту, а с другой — телефон.
Телефон молчит, когда напряжение V на его концах равно пулю, а
именно, когда напряжение М<а1, обусловленное взаимоиндукцией в
катушке £2 вариометра, одинаково по величине и противоположно
по фазе напряжению
/
конденсатора —;
при неправильном включении
зажимов (неверном направлении тока) мы не получаем минимума
звука, В этом случае нужно поменять местами зажимы £2. Так как
V=J\Ma>—, то V— 0 при Л4со — -.
\ С<о / С<о
или в этом случае
со = 2тг/= —J—
VMC'
откуда вычисляется
f= — —i=
2* 1/мС
М дано в генри, С—в фарадах, /—в герцах.
Фиг. 299. Схема
компенсации.
72. Измеритель утечки.
Так называемая утечка G телефонного кабеля при переменном токе
совсем иная, чем утечка того же кабеля при постоянном токе. К сопро-
тивлению изоляции при постоянном токе Rrj при переменном токе доба-
вляется еще включенное параллельно фиктивное сопротивление Rv
188
,'Шэлекгрическик иосерь, которое уменьшается с уменьшением частоты it
которое мо’ано себе цредсгавигь включенным, как и сопротивление изо-
лицин при постоянном токе, параллел
ыю емкости
(фиг. 300). —п—гп--------------
Ясно, что у-* *
общее со-
противление *иг-
при пере-
менном токе благодаря этому
уменьшается, утечка — величина,
обратная сопротивлению изоляции,
следовательно она при переменном
токе больше, чем при постоян-
ном; поэтому особо нужно произ-
водить определение утечки при
переменном токе.
Для предложенного Карлом
Вилли Вагнером способа измерения
утечки 1 фирма Сименс и Гальске
сконструировала „аппарат для из-
мерения утечки", при помощи ко-
торого можно определить как ем-
кость телефонного кабеля, так и
его утечку при переменном токе
Фиг. 301. Измеритель утечки по К. В. Ваг-
неру фирмы Сименс и Гальске.
звуковой частоты. В качестве галь-
ванометра в этом аппарате при-
менен телефон.
Измерительная установка состоит из двух
мостиков: главного и вспомогательного.
Главный мостик иа фиг. 302 состоит
из двух равных, постоянных сменяемых со-
противлений wt и w2, объекта измерения х и
эталона N, который в свою очередь пред-
ставляет собой регулируемый конденсатор
С и эталонное сопротивление /?,. 1
Вспомогательный мостик состоит из со-
противлений и обозначенных на фиг.
302 III—IX, и из блокировочного конден-
сатора С3.
Эталонное сопротивление и изменяе-
мая известная емкость состоящая из штеп-
сельного конденсатора и включенного парал-
лельно к нему вращающегося конденсатора,
соединены, последовательно с особым, при-
надлежащим к сопротивлением и с так
называемым промежуточным сопро-
тивлением; они отделены от самого аппа-
рата (фиг/ ЗЮГ и 306) и включаются к М,
Фиг. 302. Схема измерителя
утечки (фиг. 301).
* ETZ, 1911, S. 1001; ETZ, 1912, S. 635; ETZ, 1922, S. 318.
189
к двум его зажимам. Измеряемый кабель включается к х, и для
определения рабочей емкости и рабочей утечки нужно
произвести три различные измерения, так как кабель имеет емкость
между проводами (а и Ь, фиг. 303) и емкость каждого из проводов
по отношению к свинцовой обкладке (М). Сначала мы включаем CiAi
(фиг. 303) к зажимам х, как указано на фиг. 302, и производим
измерение; при этом заземляем свинцовую оболочку; во второй раз
мы включаем С2Л2 (фнг. 303) к зажимам х, как на фиг. 302 и зазем-
Фиг. 303 — 304 а, Ь. Диаграммы для угла потерь.
ляем проводник b (свинцовая оболочка при этом изолирована); в третий
раз мы измеряем Л3 и С-л и заземляем проводник а. После уравни-
вания мостика получим тогда: Сх—Сп н Gx — /?я • С„2ш2. Для неизвест-
ной емкости Сх кабеля на основании схемы фиг. 300 и диаграммы
фиг. 304 а имеем:
для нормальной емкости при последо-
вательном соединении и Сп на
основании диаграммы фиг. 304 Z? имеем
fg8» = Сп • “ и Л'™ С,—С. (при
Wj—Wn) при отсутствии звука в те-
лефоне tg = tgon для одинакового
сдвига фаз ср и
С = с,,ш, ИЛИ G = Gх = /?„
для отдельных значений, причем Rn
обозначает установленную сумм^ зна-
чений эталонного сопротивления и про-
межуточного сопротивления, Сп — уста-
Фиг. 305. Промежуточное сопроти-
вление фирмы Сименс и Гальске
новлеиную нормальную емкость и <о = 2я/—угловую скорость пере-
менного тока.
Рабочие величины вычисляются отсюда следующим образом:
(1)
(2)
4
190
Промежуточное сопротивление (фиг. 305) имеет кроме
вращающеюся регулятора еще и перекидной ключ. Он > сконструировано
так, что можно попеременно увеличивать или уменьшать (интерполировать)
установленное значение сопротивления а на определенную малую величину,
например на 0,5, 2,5 или 20 2. Поворачивая ключ в одну сторону, m*>i
увеличиваем установленную величину а на небольшую величину; повора-
чивая в другую сторону, мы его на столько же уменьшаем. Сопротивле-
ние установлено правильно, если сила звука в телефоне остается одина-
ковой при обоих положениях перекидного ключа.
Вспомогательный мостик FG (фиг. 302) имеет целью устра-
нять действие емкостей по отношению к земле отдельных частей мостика;
это достигается тем, что провода АС получают потенциал земли. После
приблизительного уравнивания главного мосгика, и (г. е. рычаги
III—IX на самом измерительном аппарате), по фиг. 304, устанавли*
Фиг. 306. Установка измерителя утечки вместе с подсобными при-
борами. 1 — измеритель утечки по Вагнеру, 2 — точное сопротив-
ление, 3—ограничительное сопротивление, 4 — штепсельное сопро-
тивление, 5—вращающийся конденсатор.
ваются так, чтобы во включенном между Е и С телефоне по возмож-
ности отсутствовал ток. После этого главный мостик приводится в пол-
ное равновесие. Так как Л и С не имеют больше никакой разности
потенциалов по отношению к земле, то токи утечки их проводов по
| отношению к земле будут равны нулю и не могут больше мешать вы-
равниванию главного мостика.
; Утечки в точках В и D не мешают измерению; они представляют
собой только еще добавочную нагрузку источника тока, так как оии
включены параллельно ветвям EF и EG. Для предохранения от внешних
полей отдельные части эталона N, соединенные между собой и заземлен-
ные, помещаются в особые футляры из листового металла. Телефон и под-
водящий ток кабеля (фиг. 306) также защищены от влияния электриче-
ских полей.
73. Вспомогательный мостик для создания симметрии потенциалов.
Этот вспомогательный мостик фирмы Сименс и Гальске служит для
^источников тока малых мощностей Его конструктивное выполнение и
схема показаны на фиг. 307 а и Ь1. Двойной конденсатор, помещенный
• 1 ETZ, 1922, Н. 14. S. 461' —464.
191
в нем, регулируется до тех пор, пока
молчание; в этом случае ведущие к
Фиг. 307 а. Вспомогательный мостик
фирмы Сименс и Гальске.
в телефоне не наступает полное
главному мостику зажимы обла-
дают определенными рав-
ными и противоположными
напряжениями по отношению
к земле.
/(измерит npuff
Фиг. 307 Ь. Схема вспомо-
гательного мостика.
74. Измеритель затухания.
Чтобы измерить затухание линий, аппаратов, устройств и т. д.,
мы включаем начало и конец измеряемого объекта в виде двойной петли
Фиг. 308. Измеритель затухания Сименса
и Гальске.
к измерителю затухания. В каче-
стве источника тока пользуемся
зуммером или машиной, дающей
ток звуковой частоты. Мы про-
пускаем этот ток один раз через
измеряемый объект, на-
пример через испытуемую теле-
фонную проводку, а в другой
раз через так называемую искус-
ственную линию, степень за-
тухания Ь = $-1 и волн о-
- V
вое сопротивление
которой известны. При этом срав-
ниваем силу звука, получаемую ,
в том и другом случае в теле-
фоне, включенном в схему.
Для измеряемых объектов с
степенями затухания большими,
нежели Л—3, эти последние по
Кюцфмюллеру ’ определяются ив ч
отношения д яе= ₽ • / = 1и 2 • “ (уравнение 1), где Уя н VK обозна-,^
Ис . ' • 2
чают напряжения в начале н конце измеряемого объекта, * v
1 См. ETZ, 1921, S. 1432.
192
чем достигается измене-
Фиг. 309. Т- и Н-образ-
ная схема искусственного
’ кабеля.
Чем меньше при данном начальном напряжении Ун конечное напря-
жение VK, тем больше степень затухания [3 • I и тем хуже слышимость;
Искусственная линия помещена в измерителе затуханий (фиг. 308),
•на в этом приборе состоит из сочетания сопротивлений, соединенных
по Н-образной или Т-образной схеме (фиг. 309а и Ь). Эти безиндук-
циоипые и безъемкостные сопротивления разбиты па секции, вводимое
или выключаемые при вращении одного рычага,
ние величины b — fi-l в пределах до Ь= 10.
Чтобы приравнять волновое сопротивление Z
измеряемого объекта к волновому сопротив-
лению искусственной линии, эта последняя
может быть отрегулирована при помощи сопро-
тивления Д’ (фиг. 310). На фиг. 310 пока-
зана схема, положенная в основу измерения
затухания.
В измерителе затухания (фиг. 308) Симеиса
и Гальске волновое сопротивление может быть
регулируемо в пределах от 200 до 3 000 Q,
при Ь — $1, изменяемом по декадам между
5 и 11.
Так как метод измерения дает правильные
значения только для тех величин Ь, которые
больше 5, то при измерении меньших b перед
измеряемой линией включается особое допол-
нительное сопротивление, так называемое добавочное затухание;
при измерении больших объектов с величинами затуханий Ь^>5 эго
Фиг. 310. Основная схема измерителя затуханий фиг. 308.
добавочное затухание является излишним и может быть пол-
ностью или частично выключено.
При помощи измерителя затухания могут производиться также и
измерения усиления; для этого испытуемый усилитель включается
между двух пар (обычно накоротко' замкнутых) зажимов („начало" и
„конец") в линию измеряемого Объекта, зажимы для включения послед-
него замыкаются накоротко.
Усиление определяется тогда в единицах затухания по величии? за-
тухания, компенсированного действием усилителя. Дтя этого мы посы-
‘лаем ток звуковой частоты' один раз через постоянную искусственную
!линию с Ь — 5, а второй раз через равное затухание Л = 5, и через
x'g13 К. Труп. Лабораторные измерения по электротехнике.
193
усилитель. Действие усилителя уменьшает затухание в этой вч;рой линии.
Если теперь увеличивать постепенно затухание в линии усилителя, то
можно доегшнугь г(чо, нто действие усилителя будет полностью ком-
пенсировано действием дополни(ельно вве-
денного затухания. Сила звука в телефоне
при обоих положениях переключателя будет
в этом случае одна и та же, а усиление
определится как обратная величина допол-
нительно введенного затухания.
Далее мы можем измерить действие так
называемых побочных токов (встречного
подслушивания) в телефонных кабелях, для
этого мы сравниваем переданный через ем-
кость линии разговорный ток с затухающим
переменным током и измеряем его в едини-
цах затухания. Сходным же образом изме-
ряется „а с с и м м ет р и я1' телефонных цепей
Фиг 311 Pci у’шруенлч гскус- по отношению к земле и по отношению
ствсныя линия фирмы Си- к липиии передачи1.
мене и Гальске. Чтобы производить с большими удоб-
ствами и без применения большого коли-
чества рукояток все вышеозначенные разнообразные измерения,
сконструирован- особый вращающийся переключатель, дающий возмож-
ность простым переключением переходить от одною измерения к дру-
гому (па фиг. 308 и 312 это левый из т^ех нижних вращающихся ры-
чагов).
На фиг. 312 четыре
верхних двойных зажима
служат для включения
объекта измерения; за-
жимы внизу с левой сто-
роны слузхат для включе-
ния приемника (телефо-
на), а внизу с правой
стороны — для включения
источника тока. Верхний
рычажный переключатель
изменяет волновое сопро-
тивление, оба нижние пра-
вые изменяют затухания
(единицы и десятые доли)
Фиг. 312. Схема внешнею устройства измерителя
затуханий фирмы Сименс и Гальске.
искусственной линии в измерительном приборе. Левый перекидной вы-
ключатель включает телефон или к искусственной линии или к объекту
измерения (фиг. 310). Правый перекидкой выключатель включает или
выключает дополнительное затухание и тем самым служит для изменения
пределов измерения. Помещенные внизу посередине прибора зажимы А
и В служат для включения усилителя при измерениях усиления.
1 См. также ,Электротехнические правила и нормы" Главэлектро, стр. 390,
изд. Щ'У ВСНХ, 1929 г.
194
Подробное описание отдельных специальных включений для измере-
ний требует большого места и вынуждает нас указать для более под-
робшто ознакомления относящееся к этим измерениям руководство
фирмы Сименс и Гальске.
75. Измеритель усиления.
Для быстрого испытания
жителей Сименс и Гальске
показанный на фиг. 314.
i 1ри этом усиление пере-
менного тока в усилил еле
сравнивается с определенным
затуханием, измеряется, так
сказать, как отрицательное
затухание. Включение пока-
зано иа фиг. 313. Между
двумя постоянными искус-
ственными линиями (фиг. 284)
включается испытуемый уси-
литель своими обеими це-
пями и Переключа-
тель Sj включает источник
тока и телефон или в цепь
испытуемого усилителя, или
же в цепь регулируемой
искусственной линии; регу-
лируется эта последняя при
помощи четырех маленьких
усиления двухламповых промежуточных уси-
ппиготовляет особый измеритель усиления,
Фиг. 313. Схема измерителя усиления фирмы
.Сименс и Гальске.
рычажков (фиг. 314). По их положению
Фиг. 314. Измеритель усиления фирмы
Сименс и Гальске.
можно непосредственно отсчиты-
вать усиление. Усиление $=1
всегда включено, и посредством
поворота четырех выключателей
к нему могут быть присоединены
еще усиления $ — 0,2 0,4, 0,6
и 0,8.
Наиболее высокое усиление,
поддающееся измерению,. будет
$ = 3. -
Измеритель усиления изготов-
ляется на два волновых со про
тивления усилителя 2=600 2 и
2=1600 2.
Перекидной выключатель
допускает переключение направ-
ления усиления от к и на-
оборот. Среднее из двух изме-
рений и будет средйей величиной усиления.
На леврй стороне усилителя (фиг. 313 и 314) находятся два зажима
Г, для включения усилителя и два зажима для телефона. На правой
195
стороне помещаются два другие зажима для усилителя Г* и еще два
для включения источника переменного юка (зуммера; или разговорною
аппарата. Четыре зажима у верхнего края соединены с зажимами искус-
ственной линии двухлампового усилителя Л'.
76. Ламповый вольтметр.
• Если включить последовательно гальванометр iiocionmioro тока к
выпрямитель, то гальванометр подобного измерительною устройства
можно проградуировать при помощи известного напряжения для изме-
рения напряжений переменного тока любой частоты. В этом случае кри-
сталлический детектор играть роль выпрямителя не может, так как его
сопротивление непостоянно и сильно зависит от случайной установки
детекторной точки; зато электронная лампа в этом смысле имеет то пре-
имущество, что при определенном токе накала и анодном напряжении
Фиг. 315. Ламповый вольтметр фирмы
Сименс и Гальске; внешний вид.
Фш. 316. Схема юедшичий! ,,i..v.iioBoro
волымстра.
она обладает определенными электрическими свойствами; кроме того ее
сопротивление очень велико (10г> — 10ь£) и поэтому собственное потреб-
ление мощности из цепи измерения очень мало. Особенно в этом отношении
удобно включение неизвестного напряжения между сеткой и катодом;
при таком соединении соответствующий подбор напряжения сетки поз-
воляет снести ток сетки к нулю.
В подобных случаях измерительная установка будет влиять на схему,
в которой производится измерение, лишь как очень малая емкость (по-
рядка 3 см).
Измерительная установка, основанная на описанном принципе, носит
название лампового вольтметра. Подобные вольтметры находят
применение главным образом в технике слабых токов. На фиг. 315 по-
казан катодный вольтметр фирмы Сименс и Гальске. К зажимам 7<-j,
включается гальванометр постоянного тока, который показывает измене-
ния анодного тока, вызываемые действием измеряемого переменного тока
на сетку электронной лампы. VU — усилительный трансформатор к сетке.
Для накала лампы служит шестивольтовая батарея, дающая ток накала
196
около 0,5 А. Напряжение этой батареи вместе с тем используется как
анодное напряжение. Переключатели служат для изменения пределов
измерения. В зависимости от положения переключателей этот ламповый
вольтметр имеет три предела измерения: от 2 до 8, от 0,5 до 2 и от 0,1
до 0,5 V. Для различных случаев измерения применяются не только
одноламповые, но также и двухламповые и трехладцтовые вольт-
метры.
Предметный указатель.
Стр.
Амперметров поверка ...........7, 58
Баллистическая постоянная ..... 72
Баллистический гальванометр . . .
................... 70, 74, 76, 79
Баретеры........................ 21
Безваттной мощности измеритель. 107
Ваттметр индукционный............107
Векторные сопротивления ......... 99
Взаимоиндукция ................. 174
Вибрационный гальванометр .... 90
Включение сопротивлений......... 18
Возбуждение затухающих колеба-
ний ...........................185
Возбуждение незатухающих коле-
баний .........................168
Волномер....................170
Вольтметров поверка.......... 9
Выверка на 90-градуспый сдвиг. . 105
Высокого напряжения мостик ... 97
Гальванометр....................32, 70
„ баллистический 70, 74, 76
, вибрационный .... 90
Двойной рычажный мостик......... 45
Девяносто градусов сдвиг ..... 105
Декадный измерительный мостик . 13
Делитель напряжения .........18, 63
Детектора характеристика........161
Детекторы......................160
Диферепциальный прибор для испы-
тания железа ..............125-
Дроссельная катушка ...........117
Емкости измерение .... 74, 94, 97, 99
Емкость катушек................177
Железа испытание .76, 79, 82, 120, 125
Железные сопротивления........... 21
Жидких проводников измерение ео-
противлений...............• . . . . 15
Заземлений сопротивление . ... 36
Закон Ома для переменного тока . 88
Стр.
Закон Ома,измерение сопротивлений 20
Затухания измерение ................ 192
Затухающих колебаний возбужде-
ние ..............................185
Звуковой частоты измерение. . . . 187
Зуммер ламповый......................168
» электроматнтный..........145
Измерение больших сопротивлений 34
» емкости . . . . 74, 94, 97, 99
, изоляции .................. 34
. напряжений................. 56
„ света ..................... 54
„ слабых переменных то-
ков 161
Измерение сопротивлений ......
................. 11, 20, 15, 21, 31, 99
Измерение сопротивлений жидких
проводников...... 15
Измерение сопротивлений по зако-
ну Ома ..................... 20
Измерение токов.............58, 161
» частоты.......................187
Измеритель безваттной мощности. 107
» безваттного тока . . . 107
„ затухания.........192
,........................кажущихся...............сопротив-
лений 99, 151
Измеритель усиления........... . . 195
„ утечки............188
Измерительный мостик высокого
напряжения.................. 97
Измерительный мостик декадный . 13
Индукционный ваттметр ...............107
Искусственная линия ............192
Искусственный кабель............181
Испытание трансформаторов напря-
жения ......................142
Испытание трансформаторов тока. 132
Исследование железа..........76, 79
Исследование железа диференци-
алытым методом..............125
Исследование железа аппазатим
Кепселя.......................... 82
Исследование железа аппаратом
Эпштейна....................120
198