Нормальный элемент — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Нормальный элемент — обратимый гальванический элемент с высокостабильным значением ЭДС, применяемый для измерительных целей

Нормальные элементы применяются в качестве образцовых и рабочих мер электродвижущей силы и предназначены для поверки, калибровки и градуировки электроизмерительных приборов в лабораторных и цеховых условиях. Могут использоваться в компенсационных схемах, приборах и различных устройствах при точных измерениях ЭДС и напряжения, электрического тока (например, в измерительных потенциометрах и цифровых приборах). Совместно с мерами сопротивления применяются для измерения силы и мощности электрического тока, а с преобразователями — для измерения неэлектрических величин (например, температур). Номинальные значения ЭДС различных современных НЭ лежат, в основном, в диапазоне значений 1,018 ÷ 1,019 В.

По электрохимическим признакам[править | править код]

В зависимости от концентрации электролита НЭ подразделяются на насыщенные и ненасыщенные, в зависимости от используемых материалов электродов и электролита, в разное время существовали следующие виды НЭ:

• Элемент Вестона — ртутно-кадмий-амальгамный, с раствором сульфата кадмия — широко применялся до недавнего времени
• Элемент Кларка — ртутно-цинк-амальгамный, с раствором цинкового купороса — в наше время практически не применяется
• Элемент Флеминга — медно-цинковый, с растворами медного купороса и цинкового купороса — давно вышел из сферы применения
• Ртутно-цинковый НЭ — вышел из применения в последней четверти XX в.

По техническому исполнению[править | править код]

• Встраиваемый НЭ — имеет относительно небольшие размеры, металлический или пластмассовый кожух с выводами, обычно, под пайку
• НЭ как самостоятельное устройство (без термостата) — имеет ударопрочный металлический корпус с диэлектрической верхней панелью, на которой находятся клеммы для подключения, там же, обычно, находится отверстие, в которое вставляется термометр для контроля температуры
• Термостатированный НЭ — включает в себя один два или несколько собственно нормальных элементов и термостат, состоящий из камеры и автоматического электронного регулятора. Благодаря высокой стабильности температуры в камере, где находятся НЭ, отсутствует необходимость в учёте температурной поправки ЭДС

• Х480 — кл. 0,005; насыщенный
• Х482 — кл. 0,001; насыщенный
• Х485/1 — кл. 0,005; ненасыщенный
• Х4810 — кл. 0,01; ненасыщенный
• Х588/1 — кл. 0,001; термостатированный
• Х588/2 — кл. 0,002; термостатированный
• Э-303 — кл. 0,02; ненасыщенный
• МЭ4700 — кл. 0,01; ненасыщенный
• НЭ-65 — кл. 0,005; насыщенный

Основные нормируемые характеристики[править | править код]

Литература[править | править код]

• Электрические измерения; Под ред. Н. Г. Шрамкова — М.: Высшая школа, 1972
• Справочник по электроизмерительным приборам; Под ред. К. К. Илюнина — Л.: Энергоатомиздат, 1983
• Добош Д. Электрохимические константы . Справочник для электрохимиков, пер. с англ. — М., 1980
• Багоцкий B. C., Скундин А. М. Химические источники тока — М., 1981

Нормативно-техническая документация[править | править код]

Меры электрических величин

Эталоны, которые воспроизводят единицу измерения, называют мерами. По назначению меры делят наобразцовые и рабочие. Меры, утвержденные в качестве образцо­вых, предназначаются для поверки и градуировки рабочих средств измерений. Рабочие меры служат для измерений.

По точности воспроизведения физической величины образцо­вые меры бывают 1, 2 и 3-го разрядов, причем наименьшая по­грешность воспроизведения у меры 1-го разряда. По допускаемой погрешности воспроизведения значения физической величины рабочие меры относят к различным классам точности.

По наименованию воспроизводимой единицы меры делятся на меры э.д.с. или электрического напряжения; меры электрического сопротивления; меры электрической емкости; меры индуктивности и взаимной индуктивности; меры магнитной индукции; меры магнитного потока. По количеству воспроизводимых размеров величины меры делят на однозначные и многозначные и наборы мер. Од­нозначные меры воспроизводят одно значение физиче­ской величины. Многозначные меры воспроизводят (плавно или дискретно) ряд значений одной и той же физической величины. Широкое применение имеют мага­зины сопротивлений, емкости и индуктивности, обеспечивающие ряд дискретных значений.

Меры э.д.с. и электрического напряжения. В качестве образцовой меры э.д.с. используют нормальные элементы (НЭ). НЭ представляют собой специальный источник химической энергии, состоящий из стабильного обратимого гальванического элемента с точно известной э.д.с. Обратимость гальванического элемента заключается в том, что при его разряде химическая реакция протекает в одном направлении, а при заряде, т.е. при восстановлении, в обратном. Выпускают нормальные элементы двух типов — насыщенные и ненасыщенные, в зависимости от того, насыщенный или ненасыщенный водный раствор сернокислого кадмия используется в них в качестве электролита. Отличаются они своими характеристиками.

Н асыщенный нормальный элемент (рис. 5.1) состо­ит из Н-образного стеклянного сосуда, заполненного определенными веществами. Верхние концы сосуда за­паяны, а в нижние впаяны платиновые проволочки— выводы.

П

—

оложительным элект­родом насыщенного нор­мального элемента является ртуть, а отрицательным— амальгама кадмия. Анодная ветвь имеет следующее за­полнение: ртуть — 1, суль­фат ртути — 2,кристаллы сульфата кадмия — 3 .Катодная ветвь состоит из следу­ющих частей: амальгама кадмия – 4 (10-12 % кадмия и 88-90 % ртути), кристаллы сульфата кадмия – 5. Средние части 6 обеих ветвей заполнены насыщенным раствором сульфата кадмия, содержащего избыток кри­сталловCdS0₄8/3Н₂О. Кристаллы сульфата кадмия 3 и 5 обеспечивают сохранение насыщения электролита 6. Нормальный элемент заключен в металлический, деревянный или пластмассовый кожух с хорошо изолированными зажимами, к которым присоединяются проводники от электродов.

Значения э.д.с. насыщенного НЭ при 20 ⁰С лежат в диапазоне Е₂₀= 1,018540 – 1,018730 В. Согласно ГОСТ 1954-82 насыщенные НЭ могут иметь один из следующих классов точности: 0,0002; 0,0005; 0,001; 0,002; 0,005. Эти значения соответствуют наибольшим допускаемым изменениям э.д.с. за 1 год – на 2, 5, 10, 20, и 50 мкВ. Наибольший ток, который можно пропускать через насыщенный НЭ, определяется временным режимом работы и зависит от класса точности элемента. Согласно ГОСТ 1954-82 наибольший допустимый ток лежит в диапазоне от 0,002 до 1 мкА. Если температура НЭ отличается от 20

0С, то изменение э.д.с. следует учитывать по формуле

E_t = E₂₀ – 40,610^-6(t-20) – 0,95

10^-6(t-20)² +0,0110^-6(t-20)³ ,

где E_t – э.д.с, В, при температуреt,⁰C;Е₂₀ – э.д.с., В, при температуре 20⁰С, указанная в паспорте НЭ. Внутреннее сопротивление насыщенных НЭ составляет 500 – 2000 Ом.

Ненасыщенные НЭ отличаются от насыщенных тем, что у них применяется ненасыщенный раствор сульфата кадмия, который не содержит кристаллов CdS0₄8/3Н₂О при температуре выше 4⁰С. Воспроизводимость и стабильность значения э.д.с. ненасыщенных НЭ ниже, чем насыщенных.

Конструкция ненасыщенных нормальных элементов аналогична конструкции насыщенных. Ненасыщенные НЭ выпускаются с классами точности 0,002; 0,005; 0,01 и 0,02. Это соответствует допустимым изменениям э.д.с. на 20, 50, 100 и 200 мкВ в год. Э.д.с. ненасыщенных НЭ лежит в диапазоне Е = 1,018800 — 1,019600 В и незначительно зависит от температуры (не более 0,0002 % на 1 К). Внутреннее сопротивление 300 — 600 Ом. Вследствие пониженных требований к точности воспроизведения значения э.д.с. ненасыщенных нормальных элементов максимальный ток их больше, чем у насыщенных, и составляет 100 мкА. При работе с НЭ следует оберегать их от тряски, опрокидывания, перегрева и воздействия сильного света. Эти требования менее жестки для ненасыщенных НЭ, поэтому они нашли широкое применение в переносных средствах измерения.

В последнее время для получения весьма точного постоян­ного напряжения с погрешностью 510^-8используют открытый в 1962 г. эффект Джозефсона. Элемент Джозефсона состоит из двух сверхпроводников, соединенных друг с другом посредством тонкого слоя несверхпроводящего материала. При протекании через сверхпроводники постоянного тока в контактной зоне эле­мента Джозефсона устанавливается напряжение (эффект по­стоянного тока Джозефсона). Если на этот постоянный ток нало­жить переменный ток высокой частоты, то возникает эффект переменного тока Джозефсона. Переменный ток влияет таким образом, что вольт-амперная характеристика у элемента имеет ступенчатую форму. Напряжение каждой ступени

U = hf / 2e.

Так как отношение h/eдвух постоянных (h —постоянная Планка,е —элементарный заряд) также постоянно, то опреде­ление напряжения сводится к измерению частотыf.Как из­вестно, частота может быть измерена с очень высокой точ­ностью. При частоте 10 ГГц напряжение ступениUравно примерно 20 мкВ. Это напряжение в противоположность э.д.с. нормального элемента не зависит от внешних факторов, таких как температура, сотрясения, вибрации, электрические нагрузки, старение и т. д. Правда, из-за больших технических сложностей, возникающих при изготовлении установки с элементом Джозеф­сона, он применяется только при очень высоких требованиях к точности.

В качестве рабочего образцового напряжения в последнее время широко применяют стабилизированные источники со ста­билитронами.

Меры электрического сопротивления. Мерами электрического сопротивления называют образцо­вые резисторы, если они для этой цели сконструированы, изго­товлены и прошли государственную поверку. Все другие рези­сторы называют измерительными. Они могут быть иногда использованы также в качестве образцовых резисторов более низкого порядка, если имеют соответствующее свидетельство о государственной поверке. Предполагается при этом, что они удовлетворяют минимальным требованиям к точности и ста­бильности.

Образцовые резисторы изготавливают из манганина. Манганин пред­ставляет собой сплав из 84 % меди, 12 % марганца и 4 % ни­келя. Он имеет большое удельное электрическое сопротивление, очень малый температурный коэффициент — порядка 110^-5К^-1 и малую термо-э.д.с. в паре с медью. Для резисторов сопротивлением от 10^-4до 10^-2Ом применяют листовой манганин, от 10^-1до 10²— манганиновую проволоку, намотанную бифилярно, а для 10³— 10⁵Ом — намотанную по Шаперону (рис. 5.2).

Образцовые резисторы могут иметь класс точности от 0,0005 до 0,1 при номинальном сопротивлении от 10^-5до 10¹⁰Ом.

На рис. 5.3 показан внешний вид образцового резистора.На металлический или фарфоровый каркас 1 наматывается обмотка 2 из манганиновой проволоки, концы которой припаиваются к зажимам 3 и 4. Каркас катушки крепится к корпусу с отверстиями для лучшего охлаждения обмотки. В некоторых конструкциях каркас заполняется трансформаторным маслом, что повышает влагостойкость изоляции и улучшает условия теплоотдачи обмотки.

Катушки снабжаются четырьмя зажимами, два из которых называются токовыми (зажимы 4) и предназначены для включения образцовой катушки в цепь тока, два других называются потенциальными (зажимы 3). Потенциальные зажимы предназначены для измерения падения напряжения на сопротивлении катушки. Образцовые резисторы из манганина могут быть нагружены в воздухе до 1 Вт, а в масляной ванне — до 4 Вт.

При работе в цепях переменного тока может существенную (и нежелательную) роль играть реактивность резистора, обусловленная её индуктивностью L₀ и собственной емкостьюC₀ . При этом полное сопротивление образцового резистора приближенно дается формулой

Z = R + j(L₀ — R²C₀).

Отношение =(L₀ — R²C₀)/Rхарактеризует степень реактивности резистора. Величинаназываетсяпостоянной времени.Её значение обычно лежит в пределах 10^-8– 10^-5с. Чтобы уменьшить, применяют специальные виды намотки (см. рис. 5.2).

Магазины сопротивлений являются образцовыми мерами с пе­ременным значением сопротивлений. Применяемые в магазинах катушки сопротивлений обычно имеют простую бифилярную намот­ку. В магазинах сопротивлений, изготовляемых для измерений с повышенной точностью в цепях переменного тока, для уменьше­ния постоянной времени катушек применяют более сложные намот­ки. Во многих случаях магазины сопротивлений используются в качестве реостатов или потенциометров для регулирования тока или напряжения в маломощных электрических цепях. В зависимости от способа переключения сопротивлений магази­ны делятся на штепсельные и рычажные. Штепсельные имеют на­бор катушек сопротивлений, соединенных последовательно (рис.5.4).

Каждая катушка подсоединяется к латунным пластинам, которые можно соединять между собой с помощью штепселей — конических стерж­ней, вставляемых в специаль-ные гнезда, и тем самым закорачи-вать катушки. При полностью вставленных штепселях все катушки со­противлений будут закорочены и сопротивление магазина будет мини-мальным, наоборот, если все гнезда будут свободны от штеп­селей, сопротивление магазина будет максимальным.

Рычажные магазины сопротивлений состоят из нескольких декад (рис. 5.5).

Рычажные магазины сопротивлений состоят из нескольких де­кад (рис.5.5).

Концы однотипных катушек сопротивлений для каждой дека­ды подсоединяются к контактам, по которым скользят щетки, же­стко скрепленные с рычагами. Суммарное сопротивление магазина отсчитывается по положению рычагов в каждой декаде.

Магазины сопротивлений выпускаются следующих классов точ­ности: 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 и 1,0. При работе ток (мощность рассеяния) не должен превышать допустимого значения, указанно­го на маркировке. Магазины сопротивлений, предназначенные для использования на высоких частотах (сотни килогерц и выше), из­готовляют из непроволочных резисторов. Точность таких магазинов не лучше класса 1,0.

Меры индуктивности и взаимной индук­тивности. Меры индуктивности и взаимной индуктивно­сти выполняют в виде образцовых катушек и магазинов. Образ­цовая катушка состоит из изолированного провода, намотанного на плоский каркас из мрамора, фарфора или пластмассы (рис. 5.6).

Для уменьшения актив-ного сопротивления и влияния поверхност­ного эффекта используется провод, состоя-щий из большого числа тонких изолированных жил, называемый «литцендрат». Для улучшения изоляции витков и повышения стабильности индуктивности обмотку пропитывают пара-фином. Витки жестко скрепля­ются между собой и каркасом.

Катушки взаимной индуктивности состоят из двух индуктивно связанных образцовых катушек (рис. 5.6 б) и могут быть исполь­зованы как двухполюсник или четырехполюсник. Катушки индук­тивности изготовляют на значения от 0,0001 до 10 Гн, а катушки взаимной индуктивности — на значения от 0,001 до 0,1 Гн. Классы точности таких катушек 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,5; 1.

Меры индуктивности применяются для измерения в цепях пе­ременного тока. Каждая катушка, кроме собственной индуктивно­сти L₀,имеет межвитковую емкостьС₀и некоторое омическое со­противлениеR.ЗначенияС₀иRв мерах индуктивности стремятся получить минимальными.

Катушки индуктивности характеризуются добротностью Q = L₀/R, причем, чем выше добротность, тем качественней катушка.

Мерами переменных и взаимных индуктивностей служат мага­зины индуктивностей и вариометры. Магазины индуктивностей представляют собой набор катушек индуктивностей, расположен­ных в одном корпусе с переключающими устройствами. Чтобы при различных значениях индуктивностей не изменялось активное со­противление цепи, предусмотрены катушки сопротивления, заме­щающие активное сопротивление Rвыключаемых катушек индук­тивности.

Вариометры изготовляют из двух индуктивно связанных кату­шек. Меняя плавно взаимное расположение этих катушек, можно изменять коэффициент взаимной индуктивности. Катушки варио­метра можно соединять последовательно или параллельно, что позволяет менять общую индуктивность вариометра в зависимости от угла поворота одной катушки относительно другой. Угол пово­рота отсчитывается по шкале, а значения индуктивности и взаим­ной индуктивности определяют по градуировочным таблицам.

Меры электрической емкости. Меры электрической емкости изготовляют в виде образцовых измерительных конденсаторов постоянной емкости, ма­газинов емкостей и конденсаторов переменной емкости. В образцовых конденсаторах постоянной емкости диэлектриком является воздух или слюда. Такие «воздушные» и «слюдяные» конденсато­ры имеют большое сопротивление изоляции и малые потери в ди­электрике; их емкость не зависит от частоты и формы приложен­ного напряжения, а зависимость от температуры — минимальна. Особо высокая точность воспроизведения емкости обеспечивается конденсаторами с воздушным диэлектриком, однако из-за больших габаритов они выпускаются до емкости 0,01 мкФ. Конструкция об­разцовых конденсаторов определяется рабочим напряжением: при низких напряжениях пластины плоскопараллельные, при высоких — цилиндрические. Погрешность емкости образцовых воздушных конденсаторов находится в пределах ± (0,03—0,05) %.

Конденсаторы со слюдяным диэлектриком позволяют получить большие значения емкости при меньших размерах и пото­му широко применяются как образцовые и рабочие меры, а также в магазинах емкостей. Слюдяные конденсаторы выпускаются с но­минальным значением емкости от 0,01 до 1мкФ; диэлектрические потери и температурный коэффициент емкости у них в несколько раз больше, чем у воздушных.

В магазинах емкостей необходимое значение емкости подбирается с помощью переключающих устройств штепсельного (рис. 5.7 а) или рычажного (рис. 5.7 б) типа. В последнее время образцовые конденсаторы малой емкости — от 1 до 510³пФ — изготовляют с воздушно-кварцевым или воздушно-полистироловым диэлектриком, а большой емкости — до 10⁸пФ — со стирофлексным.

В качестве образцовых конденсаторов переменной емкости применяются исключительно воздушные конденсаторы с высококачествен­ной изоляцией ротора от статора и совершенным отсчетным устройством. Максимальная емкость таких конденсаторов не пре­вышает 0,01 мкФ, потери в диэлектрике

tg= 10^-4, погрешность ус­тановки емкости составляет (0,05—0,1) %, температурный коэффи­циент емкости не превышает 0,003 % на 1°С.

Мера электродвижущей силы

 

ОПИСАН И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 04.06.7S (21) 2774607,24-07 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (43) Опубликовано 07.05.81. Бюллетень № 17 (45) Дата опубликования описания 22.05.81 (51) М, Кл.з Н 01 М 6/28

0 01 R 19/00

: Государственный комитет (53) УДК 621.353 (088.8) по делам изобретений и открытий (54) MEPA ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЪ|

Изобретение .относится .к области электроизмерительной техники и может использоваться ia качестве меры ЭДС.

Известна мера ЭДС, представляющая собой высокостабильный насыщенный но рмальный элемент (класс точности 0,005—

0,001%).

Недостатком насыщенного нормального элемента является высоюий температурный коэффициент ЭДС (40,б лкВ/К при 20 С), !о что затрудняет era использование в условиях эксплуатации, требуя жесткого тврмостатирования и контроля темлературы для введения температурных полравок 11).

Наиболее близким техническим решением к данному изобретонгпо является мера ЭДС,,представляющая собой ненасыщенный нормальный элемент f2).

Недостатком ненасыщенного нормального элемента является монотонное паде- 20 ние ЭДС во времени, обусловленное хими-ческими изменениями в составе электролита и компонентов.

При нагрузке:нормального элемента его 25.временное падение ЭДС увеличивается.

Целью изобретения является повышение точноспи меры ЭДС.

Это достигается том, что в,мору ЭДС, содержащую основной ненасыщенный .нор- ЗО мальный элемент, введены два дополнительных ненасыщенных нормальных элемента, один из которых соеди нон последовательно-согласно с основным элементом, а другой зашунтиро ван резистором и лодключен последовательно-встречно с основным элементом.

На чертеже представлена фуннциональ ная схема предложенной меры ЭДС.

В составе меры ЭДС входит основной ненасыщенный нормальный элемент 1, один выход которого .является выходом меры 2, а второй выход соединен c,ðà3íoèìåííûì .выходом дополнительного ненасыщенного нормального элемента 8, второй выход кото1рого соединен с одноименным выходом дополнительного ненасыщенного нормального элемента 4,,который зашунпирован,резистором б,и вторым выходом соединен с выходом меры б.

Мера ЭДС работает следующим о6разом. В момент ввода меры ЭДС в эксплуатацию нормальные элементы имеют ЭДС

Еь Е2, Ез. В процессе эксплуатации ЭДС нормальных элементов Е1 и Ез падает на величину ЛЕ1 и ЛЕз при этом ЛЕ1=ЬЕз=

= AE. Сопротивление резистора 5 выбирают из условия, чтобы дополнительное падение ЭДС во .времвни. нормального элемента 4, обусловленное прохождением че828272

Ф о ip м у л а и з î oip е т е и|и я

E= EI — AE1+ Ез — ДЕз — Е4 — ЬЕ4—

Е4 Е4

R -1-R Й1

— +Ч

Составитель И. Найдина

Редактор T. Загребельная Техред А. Камышннкова Корректор И. Осиновская

Заказ 574/514 Изд. № 357 Тираж 784 Подписное

НПО «Поиск> Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, %-35, Раушская наб., д. 4/5

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент» уез него тока, скомпвнсировало падение

ЭДС нормальных элементов 1 и 8, т. е.

AE4= AE1+ ЬЕз = 2Ь.

На выходных зажимах меры немеют постоянное во времени значение ЭДС где R4 — внутрен нее сопротивление нормального элемента 4;

Лз — сопротивление резистора 5.

Если Ез = Е4, то Е = EI+ IR;.

Мера ЭДС найдет широкое п рименение в элект роизмерительной технике в качестве рабочей меры ЭДС постоянного тока для ра боты с потенциометрами,;цифровыми вольтметрами и аналоговыми inреобразователям и при измерении элект1рических и неэлектрических величин.

Meipa электродвижущей силы, содержа-щая основной, ненасыщенный нормальный элемент, о тл,и ч а ю ща.я ся тем, что, с целью повышения точности, в нее введены два до полннтельных;ненасыщенных нормальных элемента, один из,которых соединен последовательно-,согласно с основным элементом, а другой зашунти рован резистором и подключен последовательновстречно с основны м элементом.

Источники .информации, принятые во

15 внимание дри экопер пизе:

1. ГОСТ-1954-75. Меры электродвижущей силы, рабочие элементы нормальные.

Общие технические условия.

2. Walter Hamer. Standard Cells. Their

Construction Xaintenacl and Characteristics.

«NBS Alonograiph, 84», 1965, 1 — 38.

  

Нормальный элемент — это… Что такое Нормальный элемент?

Нормальный элемент — обратимый гальванический элемент с высокостабильным значением ЭДС, применяемый для измерительных целей

Применение

Нормальные элементы применяются в качестве образцовых и рабочих мер электродвижущей силы и предназначены для поверки, калибровки и градуировки электроизмерительных приборов в лабораторных и цеховых условиях. Могут использоваться в компенсационных схемах, приборах и различных устройствах при точных измерениях ЭДС и напряжения, электрического тока (например, в измерительных потенциометрах и цифровых приборах). Совместно с мерами сопротивления применяются для измерения силы и мощности электрического тока, а с преобразователями — для измерения неэлектрических величин (например, температур). Номинальные значения ЭДС различных современных НЭ лежат, в основном, в диапазоне значений 1,018 ÷ 1,019 В.

Классификация

По электрохимическим признакам

В зависимости от концентрации электролита НЭ подразделяются на насыщенные и ненасыщенные, в зависимости от используемых материалов электродов и электролита, в разное время существовали следующие виды НЭ

• Элемент Вестона — ртутно-кадмий-амальгамный, с раствором сульфата кадмия — широко применяется в настоящее время
• Элемент Кларка — ртутно-цинк-амальгамный, с раствором цинкового купороса — в наше время практически не применяется
• Элемент Флеминга — медно-цинковый, с растворами медного купороса и цинкового купороса — давно вышел из сферы применения
• Ртутно-цинковый НЭ — вышел из применения в последней четверти 20 в.

По техническому исполнению

• Встраиваемый НЭ — имеет относительно небольшие размеры, металлический или пластмассовый кожух с выводами, обычно, под пайку
• НЭ как самостоятельное устройство (без термостата) — имеет ударопрочный металлический корпус с диэлектрической верхней панелью, на которой находятся клеммы для подключения, там же, обычно, находится отверстие, в которое вставляется термометр для контроля температуры
• Термостатированный НЭ — включает в себя один два или несколько собственно нормальных элементов и термостат, состоящий из камеры и автоматического электронного регулятора. Благодаря высокой стабильности температуры в камере, где находятся НЭ, отсутствует необходимость в учёте температурной поправки ЭДС

Примеры

• Х480 — кл. 0,005; насыщенный
• Х482 — кл. 0,001; насыщенный
• Х485/1 — кл. 0,005; ненасыщенный
• Х4810 — кл. 0,01; ненасыщенный
• Х588/1 — кл. 0,001; термостатированный
• Х588/2 — кл. 0,002; термостатированный
• Э-303 — кл. 0,02; ненасыщенный
• МЭ4700 — кл. 0,01; ненасыщенный
• НЭ-65 — кл. 0,005; насыщенный

Основные нормируемые характеристики

Литература и документация

Литература

• Электрические измерения; Под ред. Н. Г. шрамкова — М.: Высшая школа, 1972
• Справочник по электроизмерительным приборам; Под ред. К. К. Илюнина — Л.:Энергоатомиздат, 1983
• Добош Д. Электрохимические константы. Справочник для электрохимиков, пер. с англ. — М., 1980
• Багоцкий B. C., Скундин А. М. Химические источники тока — М., 1981

Нормативно-техническая документация

Ссылки

См. также

что это такое, основные формулы, в чем измеряется, от чего зависит.

В материале разберемся в понятии ЭДС индукции в ситуациях ее возникновения. Также рассмотрим индуктивность в качестве ключевого параметра возникновения магнитного потока при появлении электрического поля в проводнике.

Электромагнитная индукция представляет собой генерирование электрического тока магнитными полями, которые изменяются во времени. Благодаря открытиям Фарадея и Ленца закономерности были сформулированы в законы, что ввело симметрию в понимание электромагнитных потоков. Теория Максвелла собрала воедино знания об электрическом токе и магнитных потоках. Благодаря открытия Герца человечество узнало о телекоммуникациях.

Магнитный поток

Вокруг проводника с электротоком появляется электромагнитное поле, однако параллельно возникает также обратное явление – электромагнитная индукция. Рассмотрим магнитный поток на примере: если рамку из проводника поместить в электрическое поле с индукцией и перемещать ее сверху вниз по магнитным силовым линиям или вправо-влево перпендикулярно им, тогда магнитный поток, проходящий через рамку, будет постоянной величиной.

При вращении рамки вокруг своей оси, тогда через некоторое время магнитный поток изменится на определенную величину. В результате в рамке возникает ЭДС индукции и появится электрический ток, который называется индукционным.

ЭДС индукции

Разберемся детально, что такое понятие ЭДС индукции. При помещении в магнитное поле проводника и его движении с пересечением силовых линий поля, в проводнике появляется электродвижущая сила под названием ЭДС индукции. Также она возникает, если проводник остается в неподвижном состоянии, а магнитное поле перемещается и пересекается с проводником силовыми линиями.

Когда проводник, где происходит возникновение ЭДС, замыкается на вешнюю цепь, благодаря наличию данной ЭДС по цепи начинает протекать индукционный ток. Электромагнитная индукция предполагает явление индуктирования ЭДС в проводнике в момент его пересечения силовыми линиями магнитного поля.

Электромагнитная индукция являет собой обратный процесс трансформации механической энергии в электроток. Данное понятие и его закономерности широко используются в электротехнике, большинство электромашин основывается на данном явлении.

Законы Фарадея и Ленца

Законы Фарадея и Ленца отображают закономерности возникновения электромагнитной индукции.

Фарадей выявил, что магнитные эффекты появляются в результате изменения магнитного потока во времени. В момент пересечения проводника переменным магнитным током, в нем возникает электродвижущая сила, которая приводит к возникновению электрического тока. Генерировать ток может как постоянный магнит, так и электромагнит.

Ученый определил, что интенсивность тока возрастает при быстром изменении количества силовых линий, которые пересекают контур. То есть ЭДС электромагнитной индукции пребывает в прямой зависимости от скорости магнитного потока.

Согласно закону Фарадея, формулы ЭДС индукции определяются следующим образом:

Е = — dФ/dt.

Знак «минус» указывает на взаимосвязь между полярностью индуцированной ЭДС, направлением потока и изменяющейся скоростью.

Согласно закону Ленца, можно охарактеризовать электродвижущую силу в зависимости от ее направленности. Любое изменение магнитного потока в катушке приводит к появлению ЭДС индукции, причем при быстром изменении наблюдается возрастающая ЭДС.

Если катушка, где есть ЭДС индукции, имеет замыкание на внешнюю цепь, тогда по ней течет индукционный ток, вследствие чего вокруг проводника появляется магнитное поле и катушка приобретает свойства соленоида. В результате вокруг катушки формируется свое магнитное поле.

Э.Х. Ленц установил закономерность, согласно которой определяется направление индукционного тока в катушке и ЭДС индукции. Закон гласит, что ЭДС индукции в катушке при изменении магнитного потока формирует в катушке ток направления, при котором данный магнитный поток катушки дает возможность избежать изменения постороннего магнитного потока.

Закон Ленца применяется для всех ситуаций индуктирования электротока в проводниках, вне зависимости от их конфигурации и метода изменения внешнего магнитного поля.

Движение провода в магнитном поле

Значение индуктированной ЭДС определяется в зависимости от длины проводника, пересекаемого силовыми линиями поля. При большем количестве силовых линий возрастает величина индуктируемой ЭДС. При увеличении магнитного поля и индукции, большее значение ЭДС возникает в проводнике. Таким образом, значение ЭДС индукции в движущемся в магнитном поле проводнике находится в прямой зависимости от индукции магнитного поля, длины проводника и скорости его движения.

Данная зависимость отражена в формуле Е = Blv, где Е — ЭДС индукции; В — значение магнитной индукции; I — длина проводника; v —скорость его перемещения.

Отметим, что в проводнике, который движется в магнитном поле, ЭДС индукции появляется, только когда он пересекает силовые линии магнитного поля. Если проводник движется по силовым линиям, тогда ЭДС не индуктируется. По этой причине формула применяется только в случаях, когда движением проводника направлено перпендикулярно силовым линиям.

Направление индуктированной ЭДС и электротока в проводнике определяется направлением движения самого проводника. Для выявления направления разработано правило правой руки. Если держать ладонь правой руки таким образом, чтобы в ее направлении входили силовые линии поля, а большой палец указывает направление движения проводника, тогда остальные четыре пальца показывают направление индуктированной ЭДС и направление электротока в проводнике.

Вращающаяся катушка

Функционирование генератора электротока основывается на вращении катушки в магнитном потоке, где имеется определенное количество витков. ЭДС индуцируется в электрической цепи всегда при пересечении ее магнитным потоком, на основании формулы магнитного потока Ф = B x S х cos α (магнитная индукция, умноженная на площадь поверхности, через которую проходит магнитный поток, и косинус угла, сформированный вектором направления и перпендикулярной плоскости линии).

Согласно формуле, на Ф воздействуют изменения в ситуациях:

• при изменении магнитного потока меняется вектор направления;
• изменяется площадь, заключенная в контур;
• меняется угол.

Допускается индуцирование ЭДС при неподвижном магните или неизменном токе, а просто при вращении катушки вокруг своей оси в пределах магнитного поля. В данном случае магнитный поток изменяется при смене значения угла. Катушка в процессе вращения пересекает силовые линии магнитного потока, в итоге появляется ЭДС. При равномерном вращении возникает периодическое изменение магнитного потока. Также число силовых линий, которые пересекаются ежесекундно, становится равным значениям через равные временные промежутки.

На практике в генераторах переменного электротока катушка остается в неподвижном состоянии, а электромагнит выполняет вращения вокруг нее.

ЭДС самоиндукции

При прохождении через катушку переменного электротока генерируется переменное магнитное поле, которое характеризуется меняющимся магнитным потоком, индуцирующим ЭДС. Данное явление называется самоиндукцией.

В силу того, что магнитный поток пропорционален интенсивности электротока, тогда формула ЭДС самоиндукции выглядит таким образом:

Ф = L x I, где L – индуктивность, которая измеряется в Гн. Ее величина определяется числом витков на единицу длины и величиной их поперечного сечения.

Взаимоиндукция

При расположении двух катушек рядом в них наблюдается ЭДС взаимоиндукции, которая определяется конфигурацией двух схем и их взаимной ориентацией. При возрастании разделения цепей значение взаимоиндуктивности уменьшается, поскольку наблюдается уменьшение общего для двух катушек магнитного потока.

Рассмотрим детально процесс возникновения взаимоиндукции. Есть две катушки, по проводу одной с N1 витков течет ток I1, которым создается магнитный поток и идет через вторую катушку с N2 числом витков.

Значение взаимоиндуктивности второй катушки в отношении первой:

М21 = (N2 x F21)/I1.

Значение магнитного потока:

Ф21 = (М21/N2) x I1.

Индуцированная ЭДС вычисляется по формуле:

Е2 = — N2 x dФ21/dt = — M21x dI1/dt.

В первой катушке значение индуцируемой ЭДС:

Е1 = — M12 x dI2/dt.

Важно отметить, что электродвижущая сила, спровоцированная взаимоиндукцией в одной из катушек, в любом случае прямо пропорциональна изменению электрического тока в другой катушке.

Тогда взаимоиндуктивность считается равной:

М12 = М21 = М.

Вследствие этого , E1 = — M x dI2/dt и E2 = M x dI1/dt. М = К √ (L1 x L2), где К является коэффициентом связи между двумя значениями инжуктивности.

Взаимоиндукция широко используется в трансформаторах, которые дают возможность менять значения переменного электротока. Прибор представляет собой пару катушек, которые намотаны на общий сердечник. Ток в первой катушке формирует изменяющийся магнитный поток в магнитопроводе и ток во второй катушке. При меньшем числе витков в первой катушке, чем во второй, возрастает напряжение, и соответственно при большем количестве витков в первой обмотке напряжение снижается.

Помимо генерирования и трансформации электрической энергии, явление магнитной индукции используется в прочих приборах. К примеру, в магнитных левитационных поездах, движущихся без непосредственного контакта с током в рельсах, а на пару сантиметров выше по причине электромагнитного отталкивания.

Меры основных электрических величин

В зависимости от степени точности и области применения меры подразделяются на эталоны, образцовые и рабочие меры.

Эталоны – средство измерения, обеспечивающее воспроизведение и хранение единицы физической величины для передачи её размера другим средствам измерений.

Образцовые меры – предназначены для поверки и градуировки рабочих мер измерительных приборов. Они могут непосредственно использоваться для точных измерений.

Рабочие меры– изготовляются для широкого диапазона номинальных значений величин и используются для поверки измерительных приборов и для измерений на предприятиях.

Для изготовления приборов в целях обеспечения высокой точности измерений применяют меры электрических величин: мера ЭДС; I; R; L; взаимной индуктивности; С.

а). Мера ЭДС– в качестве мер ЭДС, как образцовых так и рабочих, применяют нормальные элементы различных классов точности.

 

	1. Положительный электрод – ртуть. 2. Слой пасты (смесь сернокислой ртути Hg2SO4 и сернокислого кадмия CdSO4) 3. Кристаллы сернокислого кадмия. 4. Электролит – насыщенный раствор сернокислого кадмия. 5. отрицательный электрод – амальгама кадмия.
Бывают трёх классов точности 0,001; 0,002; 0,005 ЭДС для элемента Класса точности 0,005 составляет 1,0185 – 1,0187 В. Допустимое изменение ЭДС за год для элементов класса точности 0,005 составляет 50 мкВ

 

б). Меры электрических сопротивлений: образцовые и рабочие меры выполняются в виде катушек сопротивлений, которые выполняются из манганиновой проволоки или ленты (Cu‑84%, Ni‑4%, Mn‑12%). Он обладает малым температурным коэффициентом сопротивления (0,00001 1/єС), большим удельным сопротивлением (0,45 Ом·мм²/м) и малой термо-э.д.с. при контакте с медью (2 мкВ на 1 єС).

Образцовые резисторы изготовляются на номинальные сопротивления 0,00001; 0,0001; 0,001; 0,01; 0,1; 1,0; 10; 100; 1000; 10000; 100000 Ом. Класс точности измерительных резисторов (катушек сопротивлений): 0,0005; 0,001; 0,002; 0,005; 0,01; 0,02; 0,05.

Устройство одной из катушек сопротивления. На латунный или фарфоровый цилиндр А наложена бифилярная (выполненная в два провода) обмотка, на концах которой расположены две пары зажимов I и U, укреплённые на эбонитовой панели Б, к которой крепится кожух катушки В.

 

	Токовыми зажимами I резистор включается в цепь тока, зажимы U, называемые потенциальными, предназначены для измерения напряжения на сопротивлении резистора
Электрическая схема

 

Набор резисторов, заключённых в общий кожухи соединённых по определённой схеме, называется – магазином резисторов или сопротивлений. Они применяются взамен образцовых катушек и для регулировки тока. Магазины резисторов по точности делятся на классы: 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0. Образцовые катушки и магазины резисторов должны иметь возможно меньшие собственные индуктивность и ёмкость.

в). Меры индуктивности и взаимной индуктивности представляют собой катушки индуктивности и взаимной индуктивности с постоянным значением индуктивности.

Образцовые катушки индуктивности представляют собой пластмассовый или фарфоровый каркас с наложенной на него обмоткой из медной изолированной проволоки, концы которой укрепляются на зажимах. Использование каркаса из немагнитного материала обеспечивает независимость индуктивности от тока в катушке.

Добротность катушки Q=щL/r увеличивают, уменьшая её активное сопротивление r.

Образцовые катушки изготовляют на следующие номинальные значения индуктивности: 0,0001; 0,001; 0,01; 0,1; 1 Г.

Образцовая катушка с переменной индуктивностью – вариометр состоит из двух частей – неподвижной и подвижной, могущей поворачиваться на угол около 180є. Индуктивность вариометра зависит от положения подвижной части.

Магазин индуктивностей состоит из набора катушек, а иногда, кроме того, и из вариометра. Погрешность этого магазина индуктивностей равна ±(0,3ч0,5)%.

Катушка взаимной индуктивности выполняются аналогично катушкам индуктивности, но имеют две обмотки.

г). Меры ёмкости – это образцовые конденсаторы с известной или переменной ёмкостью. Ёмкость конденсатора должна возможно меньше изменяться в зависимости от времени, температуры, частоты и других факторов. Конденсатор должен обладать малыми диэлектрическими потерями и большим сопротивлением изоляции. В качестве образцовых используются воздушные и слюдяные конденсаторы.

Воздушные конденсаторы выполняются с плоскими или цилиндрическими электродами, они имеют малую ёмкость от 0,001 мкФ и практически не обладают диэлектрическими потерями, но обладают большими размерами.

Слюдяные конденсаторы состоят из ряда металлических пластин, изолированных слюдяными прокладками. Чётные пластины соединены с одним, а нечётные с другим зажимом конденсатора. Тангенс угла потерь слюдяных конденсаторов порядка 10^-4, погрешность их составляет ±(0,01ч0,5)%.

Прииспользования магазина конденсаторов кроме групп конденсаторов, в магазине имеется конденсатор переменной ёмкости (С=0ч0,011 мкФ). Погрешность его ±0,5%.

д). Мера тока – токовые весы.

 

 

Токовые весы имеют коромысло, на одном плече которого подвешена токовая катушка К1. Последовательно с ней соединена неподвижная катушка К2. При прохождении тока по катушкам К1 и К2 возникает сила их электродинамического взаимодействия пропорциональная I2, которая уравновешивается эталонными гирями, нагруженными на второе плечо коромысла.

 

Исходя из данного определения единицы силы тока и геометрических размеров катушек подсчитывается значение силы взаимодействия между катушками при силе тока 1 А. Нагрузив второе плечо грузом найденного расчётного значения, регулируют силу ока в катушках до получения равновесия, при котором установившийся ток имеет значение 1 А.

Токовые весы ВНИИМ обеспечивают погрешность до 0,001%.

Единица силы тока – ампер А – сила не изменяющегося тока, который, проходя по двум прямолинейным параллельным проводам бесконечной длинны и ничтожно малого кругового сечения, расположенного на расстоянии 1 м один от другого в вакууме. Вызвал бы между этими проводниками силу, равную 2·10^-7 Ньютон (Н), на каждый метр длины.

Эталон ЭДС – 20 насыщенных нормальных элементов и устройство сравнения для взаимного сличения нормальных элементов. ЭДС отдельного элемента может колебаться, но среднее значение ЭДС= const (постоянно).

Эталон индуктивности– 4 катушки (групповой индуктивности).

Эталоны сопротивления – 10 манганиновых катушек с номинальным сопротивлением в 1 Ом.

Читайте также:

Рекомендуемые страницы:

Поиск по сайту

Меры электрических величин — это… Что такое Меры электрических величин?



Меры электрических величин

        служат для воспроизведения величин заданного размера. К М. в. относятся измерительные Резисторы (катушки сопротивления), катушки индуктивности и взаимной индуктивности, измерительные конденсаторы, меры электродвижущей силы (нормальные элементы (См. Нормальный элемент)) и др. М. э. в. выполняются регулируемыми (многозначными) и позволяют изменять величины в определённом диапазоне (например, конденсаторы переменной ёмкости, Вариометры индуктивности). Из М. э. в. составляют наборы, а также объединяют их в магазины сопротивлений, ёмкостей или индуктивностей.          По метрологическому назначению М. э. в. подразделяются на образцовые и рабочие (см. Меры). Обычно М. э. в. применяются в мостовых или измерительных установках, позволяющих осуществлять измерения с более высокой точностью, чем непосредственно приборами прямого действия (см. Компенсационный метод измерений).

         Изготовляют М. э. в. различных классов точности. Резисторы — семи классов точности: 0,0005; 0,001; 0,002; 0,005; 0,01; 0,02; 0,05 (числа указывают предел допустимого отклонения сопротивления от номинального значения в %) конденсаторы (магазины ёмкости) — пяти классов: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; катушки индуктивности — семи классов: 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; нормальные элементы — с пределами годовой нестабильности от 0,001 до 0,02%.

         М. э. в. позволяют воспроизводить электрические величины в диапазонах 10^-5—10⁹ом, 10^-8—10 Гн, 10^-3—10⁸пф.

         Лит.: ГОСТ 6864—69. Катушки электрического сопротивления измерительные; ГОСТ 13654—68. Катушки индуктивности и взаимной индуктивности измерительные; ГОСТ 6746—65. Магазины ёмкости измерительные. См. также лит. при ст. Меры.

         К. П. Широков.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. 1969—1978.

• Меры угловые
• Меря

Смотреть что такое «Меры электрических величин» в других словарях:

• МЕРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН — служат для воспроизведения электрических величин (сопротивления, индуктивности, эдс и др.) заданного размера. К мерам электрических величин относятся измерительные резисторы, катушки индуктивности, измерительные конденсаторы, нормальные элементы… …   Большой Энциклопедический словарь

• МЕРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН — служат для воспроизведения электрич. величин заданного размера. К М. э. в. относятся измерит. резисторы (катушки сопротивления), катушки индуктивности и взаимной индуктивности, измерит. конденсаторы, меры электродвижущей силы (нормальные… …   Физическая энциклопедия

• меры электрических величин — служат для воспроизведения электрических величин (сопротивления, индуктивности, эдс и др.) заданного размера. К мерам электрических величин относятся измерительные резисторы, катушки индуктивности, измерительные конденсаторы, нормальные элементы… …   Энциклопедический словарь

• МЕРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН — служат для воспроизведения электрич. величин (сопротивления, индуктивности, эдс и др.) заданного размера. К М. э. в. относятся измерит. резисторы, катушки индуктивности, измерит. конденсаторы, нормальные элементы и др …   Естествознание. Энциклопедический словарь

• ЭТАЛОНЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН — эталоны, обеспечивающие воспроизведение и хранение установленных гос. стандартом (ГОСТ 8.417 81) ед. электрич. величин. В СССР в кач ве первичного эталона ед. силы пост. электрич. тока (1 А) утверждены токовые весы, представляющие собой рычажные… …   Физическая энциклопедия

• Меры —         средства измерений, предназначенные для воспроизведения физических величин заданного размера. Наряду с простейшими М., такими, как меры массы (гири) или Меры вместимости (мерные стаканы, цилиндры и т.д.), к М. относятся и более сложные… …   Большая советская энциклопедия

• ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН — величины, по определению считающиеся равными единице при измерении других величин такого же рода. Эталон единицы измерения ее физическая реализация. Так, эталоном единицы измерения метр служит стержень длиной 1 м. В принципе, можно представить… …   Энциклопедия Кольера

• ГОСТ Р 52161.1-2004: Безопасность бытовых и аналогичных электрических приборов. Часть 1. Общие требования — Терминология ГОСТ Р 52161.1 2004: Безопасность бытовых и аналогичных электрических приборов. Часть 1. Общие требования оригинал документа: 3.4.2 безопасное сверхнизкое напряжение (safety extra low voltage): Напряжение, не превышающее 42 В между… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Электроизмерительные приборы — класс устройств, применяемых для измерения различных электрических величин. В группу электроизмерительных приборов входят также кроме собственно измерительных приборов и другие средства измерений меры, преобразователи, комплексные установки.… …   Википедия

• Электроизмерительный прибор — Электроизмерительные приборы класс устройств, применяемых для измерения различных электрических величин. В группу электроизмерительных приборов входят также кроме собственно измерительных приборов и другие средства измерений меры, преобразователи …   Википедия