Пусконаладочные работы при монтаже электроустановок - Измерения в высокоомных цепях

§ 19. Измерения в высокоомных цепях
Особенности измерений в высокоомных цепях заключаются в тем, что сопротивления обычных приборов, подключаемых к этим цепям в процессе измерения, соизмеримы с сопротивлениями соответствующих участков высокоомной цепи. При этом происходит перераспределение токов в контролируемой цепи, изменяются ее параметры (сопротивления) и возможны большие ошибки и даже промахи, сводящие на нет результаты измерения. Поэтому следует очень тщательно подбирать способы измерения и приборы при измерениях в высокоомных цепях.

Рис. 86. Измерение напряжения на участке электрической цепи:
а — до включения прибора, б —с включенным прибором
Рассмотрим случай, когда требуется измерить напряжение на участке электрической цепи (сопротивлении rz), состоящей из двух последовательно соединенных сопротивлений гх и гг (рис. 86, а). Допустим, что пользоваться будем электроизмерительным прибором с непосредственным отсчетом измеряемой величины. Известно, что сопротивления гх=60000 Ом, г2=30000 Ом, а подведенное к ним напряжение [/=450 В.
Зная эти данные, нетрудно определить, пользуясь соотношениями между напряжениями на последовательно соединенных участках электрической цепи и сопротивлениями этих участков (напряжения прямо пропорциональны сопротивлениям соответствующих участков), истинное напряжение на сопротивлении г2. Оно будет равно 150 В. Возьмем три прибора: Д552, М109 и ампервольтомметр ТТ-3 и используем их поочередно для измерения напряжения на сопротивлении г2. Измерение во всех случаях будем проводить на пределе 300 В.


Из рассмотренного примера следует, что при измерениях в высокоомных цепях возникают трудности, когда для измерения нужно подключать прибор или одну из его обмоток (например, обмотку напряжения ваттметра или счетчика) параллельно одному из участков контролируемой цепи. Особенно часто встречаются с этим при измерении напряжения или мощности. В данном примере к тому же сопротивление контролируемой цепи не особенно велико. Приходится иметь дело и с измерениями в электрических цепях, сопротивление которых На порядок (в 10 раз) и более выше, чем в приведенном примере. Очевидно, для таких цепей следует применять специальные приборы и способы измерения, часть из которых будет рассмотрена ниже. Следует иметь в виду, что в высокоомных цепях переменного тока при подборе измерительного прибора необходимо считаться не только с активным сопротивлением прибора, но и с его входной емкостью, которая должна быть по возможности меньше, особенно при измерениях на повышенных частотах переменного тока.
Непосредственное измерение напряжения. Электромеханическими приборами, например авометрами, можно измерять напряжения в цепях с сопротивлением до нескольких сотен Ом на 1 В рабочего напряжения. В рассмотренном примере сопротивление всей проверяемой цепи равно 90 000 Ом, а напряжение источника питания этой цепи 450 В. Таким образом, сопротивление проверяемой цепи, отнесенное к 1 В рабочего напряжения, составляет 90000:450= 200 Ом. При пользовании прибором ТТ-3, у которого внутреннее сопротивление равно 10000 Ом на 1 В, т. е. в 50 раз больше, чем в проверяемой электрической цепи, погрешность,
вносимая прибором, составила меньше одного процента. Если бы эта цепь питалась от источника с напряжением 4,5 В, то на 1 В рабочего напряжения приходилось бы уже 20000 Ом и тот же прибор ТТ-3 на пределе измерения 3 В имел бы внутреннее сопротивление 30 кОм (те же 10 000 Ом наг 1 В), но погрешность, вносимая прибором в результат измерения, была бы недопустимо большой.
В ряде случаев, в частности при наладке электронной аппаратуры, приходится измерять напряжение в контролируемых цепях, имеющих сопротивления десятки тысяч Ом на 1 В рабочего напряжения (сеточные и анодные цепи электронных ламп, цепи коллекторов полупроводниковых триодов и др.). Для этого применяют приборы с очень большим внутренним сопротивлением, обычно не изменяющимся при работе на разных пределах измерения. К таким приборам относят электростатические вольтметры и электронные вольтметры на электронных лампах и полупроводниковых приборах.
Электростатический вольтметр С50 — однопредельный прибор класса точности 1, предназначен для измерения напряжения в цепях постоянного тока и переменного тока с частотой от 20 Гц до 10 МГц. Приборы выпускают на 30, 75, 150, 300, 450, 600, 1000, 1500 и 3000 В. Входная емкость вольтметров на 30, 75—450 и 600—3000 В соответственно составляет 10,7 и 4 пФ. Активное сопротивление вольтметра не менее 10000 МОм. Прибор имеет шкалу со световым указателем. Осветительное устройство питается от сети 127 и 220 В переменного тока или от источника постоянного тока напряжением 6 В. Резистор, встроенный в корпус прибора, служит для ограничения тока при случайном замыкании его электродов. Аналогично прибору С50 устроены и другие электростатические приборы (С70, С71, С95 и С100), имеющие другие пределы измерения и обладающие очень большим внутренним сопротивлением (не менее 10 000 МОм). Однако относительно большая входная емкость препятствует их применению при измерениях напряжений высокой частоты (например, в анодных цепях широкополосных усилителей).
Электронные вольтметры, имеющие достаточно высокое сопротивление и малую входную емкость, получили широкое распространение при измерениях в высокоомных и маломощных цепях, преимущественно при испытаниях электронных приборов и устройств.
Электронный вольтметр обычно включает входной делитель напряжения, усилитель мощности и показывающий магнитоэлектрический прибор. Выпускаются разнообразные электронные вольтметры для измерения постоянного и переменного напряжения.
Прибор Ф505 служит для измерения напряжения в цепях переменного тока частотой 45—10000 Гц, имеет класс точности 1,5 и шкалу со световым отсчетом. Пределы измерения 0,75— 1,5—3—7,5—15-30—60—150—300 В. Входное сопротивление на всех пределах 1 МОм. Питание осуществляется от сети переменного тока 127 или 220 В промышленной частоты. Потребляемая мощность 35 В-А. Габариты 250X370X230 мм, масса 10 кг.

Таблица 9
Параметры транзисторного прибора Ф432

Транзисторный прибор Ф431 служит для измерения малых напряжений в цепях переменного тока частотой до 1 МГц. Имеет классы точности 2,5 на частотах 20—20 000 Гц, 4 — на частотах 20—100 кГц и 10 —на частотах 100 кГц—1 МГц. Пределы измерения 5—30—100—300—1000 мВ. Входное сопротивление 100 кОм на 1 В. Входная емкость 30—100 пФ. Прибор имеет дополнительный предел, обозначенный «Индикатор», на котором полное отклонение стрелки соответствует потреблению тока 1 мкА при входном сопротивлении 1,5 кОм. Питание осуществляется от встроенной батареи КБС-4 напряжением 4 В. Габариты 110Х X205x84 мм, масса 1 кг.
Транзисторный прибор Ф432 позволяет измерять силу тока и напряжение как постоянного, так и переменного тока частотой 45 Гц — 50 кГц, сопротивление постоянному току и коэффициент передачи. Основные данные о приборе приведены в табл. 9.
Прибор ВК.7-Б универсальный, предназначен для измерения напряжения переменного тока низкой (от 40 Гц до 2 кГц) и высокой частот (от 3 кГц до 400 МГц), напряжения и силы постоянного тока, а также сопротивления постоянному току. Пределы измерения: напряжения постоянного тока 100 мВ — 1—3—10—• 30—100—300—1000 В; напряжения переменного тока 1—3—10— 30—100—300—1000 В; силы постоянного тока 1—10—100 мкА — 1—10—100 мА—1 А, сопротивления постоянному току 1—10— 100—1000—10000—100000 Ом (при использовании внешнего источника постоянного тока напряжением 10—15 В пределы измерения могут быть расширены до 50 МОм). Погрешности при измерении напряжения составляют до 10% на пределе 100 мВ, 4% на остальных пределах для постоянного тока и 6% для переменного тока. Входное сопротивление при измерении напряжения постоянного тока 1 МОм на 1 В для пределов измерения 100 мВ —  1—3—30 В и 30 МОм на 1 В для пределов 100—300 и 1000 В.

Входное сопротивление на частоте 400 Гц для низкочастотного входа и 10 кГц для высокочастотного входа составляет не менее 50 кОм для предела 1 В, не менее 100 кОм — для пределов 3—10 и 30 В и 3 кОм, а на 1 В —для пределов 100—300— 1000 В. Входная емкость для низкочастотных цепей — 80 пФ, для высокочастотного входа (пробника) —2 пФ. Прибор имеет делитель напряжения 1: 10. Погрешность деления делителя — не более 5%, входная емкость делителя — 6 пФ. Источником питания прибора служит батарея из двух элементов БС-0,25, встроенная в прибор. Габариты 215X140X85 мм, масса 2 кг.

Рис. 87. Измерение напряжения в высокоомной цепи двумя вольтметрами
Метод двух вольтметров. Сущность этого метода заключается в том, что напряжение на участке электрической цепи измеряют два раза, используя вольтметры VI и V2 (рис. 87) с разными внутренними сопротивлениями rVi и rv2, величина которых известна. Сначала подключают параллельно контролируемому участку (между точками а и б) один вольтметр, например VI, и записывают его показания Ult затем — параллельно контролируемому участку второй вольтметр V2, переведя переключатель П в нижнее положение, и записывают показания U2 второго вольтметра. После этого истинное напряжение на контролируемом участке Ua6 определяют по формуле
где

Рис. 83. Компенсационный метод измерения напряжения
Очевидно, измерение можно производить не только двумя вольтметрами, но и многопредельным вольтметром на разных пределах измерения и одним однопредельным вольтметром, выполняя им второе измерение с включенным последовательно известным резистором, сопротивление которого соизмеримо с внутренним сопротивлением вольтметра. Методом двух вольтметров можно с допустимой точностью определять напряжение на контролируемом участке а — б
даже при небольших внутренних сопротивлениях используемых вольтметров, если оба измерения проводятся при одном и том же напряжении U, подводимом к проверяемой электрической цепи.

Компенсационный метод.

Рис. 89. Схема измерения силы тока ротора электрической машины
Сущность этого метода измерения заключается в том, что напряжение на контролируемом участке а — б электрической цепи (рис. 88) сравнивают с известным напряжением вспомогательного источника постоянного тока. Установив движок реостата Р в такое положение, чтобы индикатор тока Г (гальванометр) показывал отсутствие уравнительного тока между контролируемым участком а — б электрической цепи и вспомогательным источником Б постоянного тока, снимают показания вольтметра V. Напряжение, показываемое вольтметром V, очевидно, равно в этом случае измеряемому напряжению Ua6 контролируемого участка а — б.