книга в верде после распозна (1024283), страница 18

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 18)

няется от измерения к измерению, не будет влиять на результат изме­рения.

Чтобы обеспечить выполнение соотношения (2.96), сопротивления i?3 иЛ4 выбирают равными, а магазины резисторов R1 и R2 имеют механически скрепленные рукоятки, что также обеспечивает равенство сопротивлений R х nR2-

Неизвестное сопротивление определяется по формуле

(2.97)

где R0 — образцовое сопротивление.

При измерении двойным мостом малых сопротивлений особое внима­ние следует обращать на способ присоединения измеряемого сопротив­ления. Нужно также считаться с возможным влиянием ЭДС, возни­кающей в контактах Rx и R0- Эту погрешность можно исключить, производя измерение 2 раза с переменной направления тока при помощи переключателя SA, показанного на рис. 2.54. За значение измеряемого сопротивления принимается среднее арифметическое из результатов этих измерений. Пределы измерений двойного моста охватывают область сопротивлений от Ю-8 Ом до 10U0 Ом, погрешность измерения состав­ляет 0,1-2%.

Косвенные измерения сопротивления проводятся по методу ампер­метра и вольтметра с применением закона Ома. Метод позволяет так организовать измерение, что по испытуемому объекту будет протекать

0

такой же ток, как и в рабочих условиях. Это является достоинством метода. Недостаток же его заключается в необходимости производить два отсчета одновременно. При измерениях необходимо иметь в виду наличие методической погрешности, вызванной влиянием сопротивле­ния амперметра или проводимости вольтметра (в зависимости от схемы).

Для точных косвенных измерений используется компенсатор постоян­ного тока. Схема измерения содержит два последовательно включенных резистора — образцовый R0 и испытуемый Rx. Компенсатором изме­ряются падения напряжения на этих резисторах U0 к Ux. Значение изме­ряемого сопротивления вычисляется по формуле

Rx = R0UX/U0.

Измерение индуктивности и емкости. Измерение индуктивности и емкости производится в основном при помощи мостов переменного тока.- Они обеспечивают высокую точность и чувствительность при от­носительной простоте.

Мосты для измерения индуктивности. Для измерения индуктивности и добротности катушек применяются схемы, показанные на рис. 2.55. Первая из них* предпочтительнее при малых добротностях (Q < 30), а вторая — при больших (Q > 30). Измеряемая катушка с индуктив­ностью Lx и сопротивлением Rx включается в первое плечо моста, образ­цовый конденсатор С4 и переменный резистор R4 — в противоположное плечо. Еще одним переменным элементом является резистор R3. Ре­зистор R4 может быть включен либо параллельно (рис. 2.55, а), либо

последовательно (рис.2.55, б) с образцовым конденсатором С4. Пита­ние осуществляется от источника переменного тока G. В соответствии с (2.77) запишем условие равновесия моста для рис. 2.55, а:

(Rx + ]0)Lx) [1/(1/^4 + /wC4)] = R2R3 , (2.98)

где со — частота напряжения питания.

Разделение действительных и мнимых составляющих уравнения при­водит к соотношениям

Rx = R2R3/R4 (2.99)

и

Lx = C4R2R3. (2.100)

В (2.99) и (2.100) не входит частота, следовательно, мост может быть уравновешен, даже если форма кривой питающего напряжения не чисто синусоидальная. Добротность катушки определяется по формуле

Qx = b>LJRx = uC4R4. (2.101)

0

При фиксированной частоте напряжения питания со и постоянной емкости С4 шкалу переменного резистора R4 можно проградуировать в значениях добротности Qx.

Схеме моста, представленной на рис. 2.55, б, соответствует следую­щее условие равновесия:

(Rx + juLx)(R4 + 1//соС4)Д2Яз, которое соответствует системе уравнений

RXR4 + Lx/C4 = r2r3 \

coLx + R4 =R4/o}C4, решение которой относительно Rx nLx дает

Rx = u2ClR2R3R4l[l + (соЗДО2];

L = R2R3CJU + (с0с4д4)2]

(2.102) (2.103)

(2.104) (2.105)

О = coL /R = 1/С0С4Я4,

(2.106)

т.е. шкала переменного резистора R4 снова может быть отградуирована в значениях добротности Qx.

В отношения (3.104) и (2.105) для Rx и Lx входит частота, поэто­му мост является частотно-зависимым. Равновесие имеет место только при некоторой частоте со питающего напряжения. Если ее изменить, то равновесие нарушится.

Мосты для измерения емкости. При измерении емкости используется схема с образцовым конденсатором СЗ и переменными резисторами R2 и R4 (рис. 2.56). Исследуемый конденсатор представлен (замещен) в этой схеме последовательным соединением емкости Сх и активного сопротивления Rx. Необходимость введения Rx обусловлена1, потерями в конденсаторе. Условие равновесия имеет вид

R - R2r3/R4

С - C3R4/R2.

(2.107)

(2.108)

Принято характеризовать потери в конденса­торе значением тангенса угла потерь tgб,который в случае последовательной схемы замещения связан с Rx соотношением

tg6 = o>CxRx

(2.109)

Рис. 2.56

0

с учетом условий (2.107) и (2.108) это соотношение принимает вид tg6 = cjR3C3. (2.110)

Переменные резисторы R4 и R3 можно отградуировать в единицах

емкости Сх и значениях tg 6.

Наиболее употребительные частоты напряжения питания мостов пере­менного тока 100 и 1000 Гц. При более высоких частотах сильно сказы­ваются различные паразитные связи.

Следует заметить, что мосты для измерения сопротивлений, индуктив­ности и емкостей часто совмещаются в одном приборе. Такие приборы называются универсальными измерительными мостами. Они позволяют измерять индуктивность от долей микрогенри до тысяч генри, емкость от сотых долей пикофарад до тысяч микрофарад. Относительная погреш­ность измерения может не превышать сотых долей процента.

Глава третья

ИЗМЕРЕНИЕ МАГНИТНЫХ ВЕЛИЧИН

Целью и содержанием магнитных измерений является иссле­дование характеристик магнитных полей, материалов и образцов.

Магнитные измерения находят практическое применение при иссле­довании свойств материалов, испытаниях магнитных деталей и элемен­тов, в магнитной дефектоскопии, при изучении магнитных полей Земли, при измерении и контроле магнитных полей в установках атом­ной и ядерной физики и т.п.

Основными величинами, характеризующими магнитное поле, являют­ся магнитный поток, магнитная индукция и напряженность магнитного поля. Магнитные материалы оценивают по их характеристикам и пара­метрам — статическим и динамическим.

3.1. ИЗМЕРЕНИЕ МАГНИТНОГО ПОТОКА, МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ И НАПРЯЖЕННОСТИ ПОСТОЯННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Измеряемые магнитные величины обычно предварительно преобразуются в электрические, более удобные для измерения. Преоб­разователи магнитных величин в электрические строятся на основе явле­ний электромагнитной индукции, ядерного магнитного резонанса, галь­ваномагнитного и некоторых других.

3.1.1. Использование измерительной катушки

Если измеряемый магнитный поток Ф сцеплен с катушкой, то в последней возникает ЭДС, определяемая формулой

0

е - — wKd<P/ dt,

(3.1)

где wK — число витков катушки.

Таким образом, катушка выполняет роль преобразователя магнитной величины в электрическую. Выбор формы, конструкции и размеров такого индукционного преобразователя, назьюаемого измерительной катушкой, зависит от параметров магнитного поля и условий его измере­ния. В любом случае требуется, чтобы витки измерительной катушки были сцеплены лишь с измеряемым магнитным потоком.

Выражение (3.1) можно преобразовать к виду

d<& = - (l/wjedt и проинтегрировать:

fd<t> =--fedt

ti WK 'i

или

1

ДФ = Ф(г2) - Ф(^) =--—fedt. (3.2)

wk'i

Из (3.2) следует, что изменение потока за время Дг = t2 - ti можно определить, проинтегрировав ЭДС в указанном временном интервале. Интегрирование можно осуществить различными способами. В магнит­ных измерениях для этих целей обычно используют баллистический гальванометр или веберметр.

Для измерения постоянного магнитного потока при помощи балли­стического гальванометра собирается цепь, представленная на рис. 3.1. Измерительная катушка с числом витков wK и сопротивлением RK подключается к баллистическому гальванометру, рамка которого имеет сопротивление Rr. Измерение производится следующим образом. Измерительная катушка сначала помещается в измеряемый магнитный поток так, чтобы плоскость ее витков была перпендикулярна магнит­ному полю. Затем катушка быстро выносится из области магнитного поля. Возникающий при этом в соответствии с (3.1) импульс ЭДС уравновешивается падением напряжения в цепи:

е = Ж + L(di/dt), (3.3)

где / — мгновенное значение тока; R = RK + Rr — активное сопротивление' цепи; L — ее индуктивность.

С учетом (3.3) выражение (3.2) можно переписать в виде

ДФ = Ф(г2) - Ф(гО = -(Л/W^x

0

Puc.3.1

^2

Рис. 5.2

f2 ?2

x Jidr - (L/wJ J <fl = -Ww^[G(r2) - Q(h)] -

где б — количество электричества.

Интегрирование с учетом начальных и конечных условий

Ф(*0 = Ф, Ф(га) = 0, Q(h) = О,

ОМг) = fi = 0, i(t2) = О

дает

ДФ = Ф = (R/w^Q.

(3.4)

Поскольку первый отброс 05 указателя баллистического гальвано­метра (см. § 2.2) связан с количеством электричества в импульсе тока соотношением

«б = S$Q'

то

ф= (*/vX= (<W»A>

(3.5)

где Сф — постоянная гальванометра по магнитному потоку (цена деле­ния) , которая определяется экспериментально.

Схема для определения Сф представлена на рис. 3.2. При переклю­чении переключателя SA из положения 1 в положение 2 направление тока в обмотке wx катушки взаимной индуктивности изменится на противоположное, т.е. AI = 2Ii, и во вторичной обмотке произойдет из­менение потока, равное

ДФ2 = МД/, =М о 2/, ,

где М— коэффициент взаимной индукции катушки.

Такое изменение потока ДФ приводит к отклонению стрелки балли­стического гальванометра а5. Следовательно, цена измерителя магнит-106

ного потока

ДФ2/аб = Ж/,/аб .

(3.6)

Относительная погрешность измерения магнитного потока при помощи баллистического гальванометра обычно составляет десятые доли процента.

При измерении постоянного магнитного потока магнитоэлектричес­ким веберметром в качестве первичного преобразователя также исполь­зуется измерительная катушка. Веберметр представляет собой магнито­электрический механизм, не имеющий противодействующего момента и работающий в апериодическом режиме. Схема его включения аналогич­на схеме включения баллистического гальванометра, показанной на рис. 3.1. Веберметр работает следующим образом. Вначале измеритель­ная катушка помещается в измеряемый постоянный магнитный поток Ф так, чтобы плоскость ее витков была перпендикулярна магнитному полю. Затем катушка быстро убирается из области магнитного потока. При изменении магнитного потока, сцепленного с измерительной катуш­кой, Дч/ = м>кФ, возникает ЭДС, вызывающая ток в замкнутой цепи. Под влиянием тока рамка веберметра повернется на некоторый угол ав, причем изменение потока, сцепленного с рамкой веберметра, Дч/В = = wBBBsBaB, оказывается примерно равным — Дч/. (В замкнутой элект­рической цепи суммарное потокосцепление стремится сохранить свое значение.) Таким образом,

где wB и sB — число витков и площадь рамки веберметра соответствен­но; Вв — магнитная индукция, создаваемая магнитом веберметра; Сф — цена деления веберметра.

Поскольку постоянная веберметра не зависит от сопротивления цепи, он имеет шкалу, отградуированную в единицах магнитного потока — веберах.

Из-за отсутствия противодействующего момента указатель вебермет­ра может занимать произвольное положение. Для установления его на нулевую отметку шкалы применяют электромеханический корректор, представляющий собой вспомогательный магнитоэлектрический меха­низм, рамку которого можно вращать специальной ручкой. Электроме­ханический корректор подключается к выводам веберметра. Поворот рамки корректора приводит к возникновению ЭДС, которая вызывает в рамке веберметра импульс тока, отчего рамка приводится в движе­ние. Это позволяет установить указатель на нулевую отметку шкалы.

Характеристики

Список файлов книги