Потенциометр

Потенциометр, аппарат, служащий для измерения напряжений методом компенсации. Он состоит из следующих основных частей: 1) сопротивления, посредством которого можно делить известное или искомое напряжение в любом отношении, 2) гальванометра, 3) нормального элемента. В практике часто понимают под потенциометром только сопротивление, которое позволяет делить напряжение;однако такое название не может быть признано правильным. Поэтому термин «потенциометр» следует относить ко всему аппарату в целом.

Помимо измерения эдс П. служит также для измерения силы токов и сопротивлений. Прибор основан на компенсационном методе (то есть он работает без расхода тока от измеряемой эдс) и относится к нулевым методам измерений (смотрите), являясь наиболее простым и точным методом электрич. измерений. Здесь возможно 1) применение самых чувствительных гальванометров (смотрите) и

2) устранение погрешности от соединительных проводов. Идея метода состоит в том, что сравниваемые эдс V (неизвестная) и эдс нормального элемента (смотрите) е₀ компенсируются внешним напряжением от постороннего источника тока (батареи) Е (фигура 1). Последняя включается на внешнее сопротивление АВ (падение потенциала устанавливается от точки А до точки В). Переместив переключатель К влево передвижением контакта С, устанавливают отсутствие тока в цепи гальванометра G. Вследствие этого эдс элемента е₀ будет уравновешена разностью потенциалов на участке сопротивления ВС. Переместив затем переключатель К вправо, добиваются того же условия для эдс V (положение передвижного контакта.С)· Отсюда для двух случаев получается

или

V=e₀

(1)

П. применяются для измерения (по нулевому методу) эдс, силы тока и сопротивления (нормальный элемент во многих случаях может отсутствовать). Указанные приборы подразделяются на П. постоянного и переменного тока. Кроме того в зависимости от сопротивления рабочей цепи П. можно классифицировать на П. малого сопротивления (порядка 100 Ω) и П. большого сопротивления (выше 1 000 Ω). Первые применяют для измерения весьма малых разностей потенциалов порядка сотых долей V,

например в термопарах; вторые применяются для измерения разностей потенциалов по рядка 1 V.

П. постоянного тока. Наиболее совершенной из современных конструкций усовершен-

является П. сист. Фейснера, ствованный Вольфом. Схема прибора (фигура 2) сводится к следующему.

А и С — простые рычажные магазины сопротивления, состоящие из 9 катушек по 1 000 Ω в°одном π по 100 Ω в другом магазине; D,E, F—двойные магазины, имеющие по 9 парных катушек по 10, 1 и 0,1 Ω соответственно. Устройство двойных магазинов таково, что при повороте рычагов D, E, F в цепь всегда введено по 9 катушек каждого двойного магазина. Все

ФПГ.

5 магазинов введены последовательно в цепь вспомогательной батареи В. Так как сопротивление этой цепи вследствие описанного устройства магазинов D, E, F остается неизменным при любом положении рычагов, то сила тока в цепи батареи В остается постоянной. К точкам А и С прибора приключают посредством переключателя К компенсируемую ветвь; вместе с гальванометром G вводится в цепь или нормальный элемент е„ или измеряемое напряжение V. Передвигая рычаги С, F, E, D, А, добиваются отсутствия тока в компенсируемых ветвях (передвижение контакта С на фигуре 1). Измеряемое напряжение находят по формуле (1), где г и г— сопротивления той части магазинов, которые оказались введенными в компенсируемую ветвь при включении нормального элемента или измеряемого напряжения. На фигуре 2 R—сопротивление порядка 10 000 Ω, к-рое вводится при первоначальном включении гальванометра для предохранения нормального элемента от сильного тока в этой части цепи. При достижении близкого к равновесию положения это сопротивление выводится переключателем К_г. Эдс батареи В равна ~ 2 V, предел измерения при описанном устройстве П.—до 1,5 V. Для измерения более высоких сопротивлений к П. прилагается добавочный магазин сопротивлений Н, к концам которого приключают измеряемое напряжение Fj, а напряжение V к П. берется от двух точек магазина Н, уменьшенное в известное число раз. Если измеряемое напряжение незначительно превосходит эдс нормального элемента, то оно измеряется включением его на место батареи В. Для измерения весьма малых разностей потенциалов (например у термоэлементов и тер-моэлектрич. пирометров) пользуются П. малого сопротивления (малоомными). Относящийся сюда П. сист. Диссельгорста устроен так, что термоэлектродвижущие силы, которые могут возникнуть внутри П., взаимно уничтожаются и не влияют на его показания. Этот П. приспособлен для измерения разностей П. порядка сотых долей V. Для быстрой работы, но в ущерб точности наблюдений, предназначен П. сист. Брукса. Быстрота работы в этом П. достигается потому, что здесь не требуется добиваться установки гальванометра на нуль (полной компенса-

ции), а нужно только установить равновесие в приборе таким, чтобы гальванометр получил незначительное отклонение. При соответствующей градуировке гальванометра показание его, сложенное с показанием указателя на приборе, дает измеряемую величину.

П. переменного тока. При компенсации на переменном токе необходимо, чтобы непосредственно сравниваемые эдс были равны по величине и имели одинаковые 1) частоту, 2) форму кривой и 3) фазу. Выполнения первых двух условий достигают, питая потенциометр через соответствующий трансформатор от того же генератора, напряжение которого нужно измерить. Для выполнения третьего условия необходим регулятор фаз (П. сист. Дрисдаля) или особый трансформатор без железа (комплексный П. системы Гартмана и Брауна). В виду отсутствия эталона переменной эдс для установления силы рабочего тока в П. переменного тока служат электродинамические амперметры, поэтому точность измерения величины напряжения не превосходит точности этого амперметра (0,5%). П. переменного тока применяются при всех точных измерениях в цепях переменного тока: при калибровке амперметров и вольтметров, при точном измерении емкостного и индуктивного сопротивления цепи, при определении угла сдвига фаз между токами в отдельных участках цепи. Измерение угла при помощи регулятора фаз м. б. произведено с точностью не более 0,5°, с помощью комплексного П.—до 0,25°, но измерение последним величины эдс имеет погрешность 0,5 — 1 %. Нулевым прибором служит вибрационный гальванометр; применяют также и магнитоэлек-трич. гальванометр, включенный через выпрямитель. Схема комплексного П. представлена на фигуре 3. Прибор состоит из двух калиброванных проволок М_г и М_г, соединенных своими серединами; проволоки питаются переменными токами, равными по величине и сдвинутыми по фазе на 90°, при помощи особого трансформатора без железа Т. Измеряемое напряжение V_x компенсируется напряжением от подвижных контактов К₁ и К_г, передвижением которых можно уравновесить отдельно как активную V_ltтак и реактивную V₂ составляющие измеряемого напряжения, которые даются указателем на приборе, а по их величинам находят амплитуду и фазу. Переключатели S_x и S₂дают возможность менять число витков трансформатора Т.

Лит.: Базилевич В. В., Электротехнич. измерения и приборы, Л., 1929; Справочная книга для электротехников (СЭТ), т. 1, Л., 1928; ftiuhn К., Elektrotechniscbe Messinstrumente, 2Auil., В., 1923; D г у s d а 1 e С. a. J о 1 1 е у A., Electrical Measuring Instruments, v. 1—2, L., 1924. И. Мельников.