История электротехники

Для технических измерений и поверки электроизмерительных приборов непосредственно использовались не эталоны, а периодически сличаемые с ними и между собой образцовые и рабочие меры: прецизионные источники ЭДС — нормальные элементы, измерительные катушки сопротивления четырехзажимной конструкции с сопротивлениями 0,0001 Ом и более, магазины сопротивлений, катушки индуктивности и взаимной индуктивности, измерительные конденсаторы, магазины емкостей и т.д. Для расширения диапазонов измерений были разработаны делители напряжения, шунты, добавочные сопротивления, измерительные преобразователи тока и напряжения.

Эти средства измерений начали создаваться в конце XIX в. В 1872 г. появился нормальный элемент Кларка, а в 1893 г. — более точный элемент Вестона, погрешность которого не превосходила 0,001%. Американский ученый Э. Вес-тон предложил также в 1885 г. медно-марганцевый сплав с высоким удельным сопротивлением и малым температурным коэффициентом — родоначальник манганина, до сих пор используемого для производства образцовых мер сопротивления и делителей напряжения.

Разработка прецизионных источников ЭДС, резисторов и делителей напряжения позволила приступить с начала XX в. к выпуску в качестве самостоятельных изделий компенсаторов постоянного тока, которые стали широко использоваться для поверки вольтметров, амперметров и ваттметров, а также для измерений ЭДС, токов, сопротивлений и функционально связанных с ними неэлектрических величин. Компенсаторы переменного тока с вибрационными гальванометрами в качестве нуль-индикаторов появились в 20-е годы XX в.

В те же годы начали выпускаться мосты постоянного и переменного тока для точного измерения параметров электрических цепей. Позже идеи компенсационного метода измерения напряжения, а также мостовые схемы легли в основу создания ряда аналоговых и цифровых приборов с автоматическим уравновешиванием.

Первые измерительные трансформаторы, появившиеся в самом начале XX в., удовлетворяли весьма скромным техническим требованиям и должны были градуироваться вместе с соответствующими приборами на рабочей частоте. Однако уже в 20-е годы это были вполне современные средства измерений разнообразных конструкций. Трансформаторы тока изготавливались на токи до 50 кА при рабочем напряжении до 250 кВ; трансформаторы напряжения выпускались на напряжения до 100 кВ.

С конца XIX в. началось бурное развитие самопишущих приборов, предназначенных для измерения и записи медленно изменяющихся величин: тока, напряжения, мощности, частоты, угла сдвига фаз, а также неэлектрических величин: температуры, давления и др. Первые самопишущие приборы использовали магнитоэлектрический измерительный механизм. Однако вскоре в них стали применяться, кроме того, ферродинамические, индукционные и электромагнитные механизмы, а также компенсационные и мостовые измерительные схемы.

В 20-е годы самопишущие приборы в конструктивном отношении были доведены до высокой степени совершенства. Например, при записи пером и чернилами использовались капиллярные перья с отверстием 0,07 мм, позволяющие при расходе 0,5 г чернил сделать линию длиной 300 м. Использовалась также точечная регистрация с помощью цветных лент (до шести различных красящих лент в многоканальных приборах). Применялись также искровые, световые и другие способы записи. Чаще всего запись осуществлялась на протягиваемую перфорированную бумажную ленту с полезной шириной от 60 до 250 мм.

В многоканальных самопишущих приборах использовалось либо несколько измерительных механизмов, либо один механизм с механическим коммутатором каналов; применялась также комбинация этих способов. Например, фирма «Гартман и Браун» выпускала прибор с двумя стоящими рядом измерительными механизмами, который писал 12 точечных кривых.

Та же фирма выпускала мультитермограф — прибор для записи температур в нескольких местах (рис. 12.3). Этот прибор был шестиканальным, в нем использовалось шесть различных цветных красящих лент. Одновременно с переключением красящих лент происходило переключение подвижной катушки магнитоэлектрического механизма на очередное измерительное устройство. В приборе использовалась точечная запись. Все шесть каналов опрашивались циклически за 108 с (18 с на канал).

В большинстве случаев продвижение бумаги в самописцах осуществлялось равномерно. Однако получили распространение и другие способы регистрации. Так в некоторых самопишущих максимальных ваттметрах — приборах, предназначенных для регистрации суточных колебаний в потреблении электроэнергии, — бумага продвигалась пропорционально активной мощности, а стрелка — пропорционально реактивной, так что за каждый период записи вычерчивался прямоугольный треугольник, гипотенуза которого пропорциональна полной мощности.

Рис. 12.3. Мультитермограф фирмы «Гартман и Браун»