измерительные приборы. кр измер.приборы. Электрические измерительные аппараты
 Скачать 378 Kb.
|
|
с будет, как показывает теория, пропорционален квадрату разности (V1 — V2), т. е. будем иметь: (V1 — V2)2 = kΘ, где Θ — угол поворота части с. На этой формуле основаны все так называемые электростатические вольтметры, принцип которых тождествен с принципом электрометра лорда Кельвина. Эти вольтметры одинаково применимы как для постоянных, так и для переменных токов. Ваттметры. Ваттметрами называют аппараты, служащие для измерения мощности (энергии в единицу времени), расходуемой в данной цепи. Устройство их основано на принципе электродинамометров. Представим себе электродинамометр, неподвижная обмотка которого сделана из толстой проволоки с небольшим числом оборотов (витков), а подвижная — из тонкой проволоки с большим числом оборотов. Включим толстую обмотку А (фиг. 15) последовательно в ту цепь, в которой требуется определить расход энергии, тонкую же обмотку В включим параллельно у зажимов а, а′ той же цепи.  Пусть R — сопротивление тонкой обмотки. Пусть I — сила тока, потребляемого в данной цепи; эта сила тока пройдет через толстую обмотку, ибо эта последняя включена в цепь последовательно. Далее, пусть напряжение у зажимов а, а′ цепи V, тогда сила тока в тонкой обмотке будет i = V/R. Вследствие взаимодействия токов толстой и тонкой обмотки эта последняя будет стремится повернуться, и вращающее усилие будет пропорционально произведению токов Ii; если противодействующее этому вращению усилие (скручивание нити или пружины) пропорционально углу поворота и если этот угол Θ, то мы будем иметь: Ii = kΘ, где k — коэффициент пропорциональности. Но i = V/R, следовательно: I(V/R) = kΘ, откуда IV = kRΘ. Но IV представляет собой как раз мощность или энергию в секунду, потребляемую в данной цепи; отсюда мы видим, что эта мощность пропорциональна углу поворота тонкой обмотки, по которому, следовательно, и можно отсчитывать эту мощность. Теоретические исследования показывают, что для точности измерений тонкая обмотка должна обладать возможно большим сопротивлением; с этой целью к ней добавляют вспомогательное сопротивление R, как это показано на фиг. 15. Для измерения переменных токов употребляют подобные же ваттметры, как и для постоянных токов, но обмотки таких аппаратов должны иметь возможно меньшее число оборотов проволоки для того, чтобы уменьшить самоиндукцию этих последних, которая влияет на результаты измерений. Баллистический гальванометр. Если мы возьмем один из гальванометров, основанных на электромагнитных действиях, например гальванометры с подвижной обмоткой или с подвижным магнитом, и если мы пропустим через обмотку такого гальванометра мгновенный ток, то явится мгновенное усилие, которое произведет как бы толчок на подвижную часть, вследствие чего эта последняя начнет колебаться подобно маятнику, причем эти колебания последовательно будут уменьшаться; однако если момент инерции подвижной части значителен, то колебания будут быстро затихать, так что второе колебание будет уже значительно меньше первого и без большой погрешности можно считать, что амплитуда (размах) первого колебания пропорционален количеству электричества, протекшего за данное мгновение через обмотку гальванометра. Таким образом, если А1 — амплитуда первого колебания и q — количество электричества, протекшее за данное мгновение (например разряд конденсатора, количество электричества, протекшее вследствие посылки кратковременного тока, и т. д.), то q = kA1 и коэффициент k называется баллистической постоянной гальванометра. В качестве баллистических гальванометров применяют больш. частью гальванометры типа Deprez d’Arsonval’я (с подвижной обмоткой). Всякий гальванометр такого типа можно приспособить как баллистический, стоит только путем добавочных масс (добавлением грузиков, утолщением остова рамки обмотки и т. п.) увеличить момент инерции подвижной части. Баллистическим гальванометром можно измерять также магнитный поток. Действительно, пусть в данном месте проходит магнитный поток Ф; например, через данный железный стержень проходит Ф силовых магнитных линий; окружив этот стержень катушкой с и оборотами проволоки и включив в эту катушку баллистический гальванометр, заставим каким-либо способом исчезнуть этот магнитный поток; тогда в упомянутой выше катушке индуктируется количество электричества q, равное (пФ)/(r + g), где n — число оборотов проволоки катушки, r — сопротивление этой последней, g — сопротивление гальванометра. Следовательно, если амплитуда первого отклонения А1, то мы будем иметь: пФ/(r + g) = kA1 откуда Ф = [(r + g)k/n]∙A1. На этом принципе основаны все так называемые индукционные способы измерения магнитного потока, магнитной индукции, проницаемости и т. д. (способы Гопкинсона, Юинга, Rowland’a и др.). Дифференциальный гальванометр. Такой гальванометр состоит из двух обмоток, совершенно одинаковых, но включаемых в цепь так, что действия их взаимно противоположны: в гальванометрах типа Deprez d’Arsonval’я, следовательно, обе обмотки будут подвижными; они намотаны на одну общую рамку, в гальванометрах типа тангенс-гальванометра обе обмотки будут неподвижные и будут производить два противоположные действия на подвижной магнит. Дифференциальные гальванометры служат, главным образом, для определения сопротивлений по способу сравнений: так, если нам требуется определить сопротивление X, то последовательно с одной обмоткой включаем это последнее, а последовательно с другой такое сопротивление R, чтобы отклонение подвижной части гальванометра равняюсь бы нулю, тогда Х = R. Аппараты для измерения электрических сопротивлений. Для измерения сопротивлений пользуются так называемыми эталонами сопротивлений и магазинами сопротивлений. Эталоны сопротивлений изготовляются от 0,0001 до 1 и более ома. На фиг. 16 представлен эталон в 0,001 ома; к1, к2 изображают зажимы для включения эталона в цепь, зажимы же к3, к4 служат для включения вольтметра параллельно с сопротивлением эталона.  Это последнее состоит из лент марганцовистой меди; s1 и s2 — концы змеевика, служащего для охлаждения сопротивления во время пропускания через него тока; этот змеевик виден частью на фигуре, где часть стенки коробки снята. Эта коробка внутри заполняется керосином, который перемешивается вертушкой Т. Через змеевик пропускается проточная вода. Магазины сопротивлений состоят из ряда катушек с сопротивлениями, например в 0,1, 0,2, 0,5; 1, 2, 5, 10..... омов; эти катушки помещаются в ящик А (фиг. 17), на крышке которого укреплены медные пластинки, к которым подходят концы проволок катушек, как это показано схематически на фиг. 17.  Между пластинками можно вставлять штепселя, тогда соответствующие катушки замыкаются штепселями на короткое и как бы выключаются из данной цепи. Так, если желательно выключить сопротивление в 2000 омов, то стоит только вставить штепсель (фиг. 18) между пластинками, к которым подходят концы катушки, сопротивление которой равно 2000 омов.  Если штепселя вставлены между всеми пластинками, то сопротивление магазина будет равно нулю. Для измерения сопротивлений пользуются так называемым мостиком Уитстона, принцип которого заключается в следующем. Представим себе четыре сопротивления a, b, c, x из которых x требуется определить. Соединим эти четыре сопротивления, как это показано на фиг. 19; между точками соединения сопротивлений а с с, b с x включим гальванометр g, а между точками соединения сопротивлений а с b, с с x включим батарею; зададимся произвольно сопротивлениями а и b; пусть, например, а = 100 омов, b = 10 омов; будем подбирать с так, чтобы при замыкании и размыкании мостика kk′, в который включен гальванометр g, отклонение этого последнего равнялось нулю, т. е. чтобы стрелка не двигалась.  Как показывает теория, это будет в том случае, когда между сопротивлениями а, b, с и x установится соотношение ax = bc, откуда x = (b/a)с; если, как мы предположили выше, b = 10 омов, а = 100 омов, то |