Электрорадиоизмерения (В. И. Винокуров) (554136), страница 55
Текст из файла (страница 55)
В частности, на высоких частотах необходимо учитывать собственную емкость катушек индуктивности и параметры измерительной схемы, которые на низких частотах не играют существенной роли (этот вопрос рассматривается в $13.4). Наиболее простой способ измерения — способ амперметра- вольтметра. Он заключается в измерении тока или напряжения, функционально связанного с измеряемым сопротивлением. Схемы, реализующие его, просты, ио не обеспечивают высокой точности измерений. Способ амперметра-вольтметра используют в основном в омметрах — приборах для измерения электрического сопротивлеиия на постоянном токе.
Характерные схемы электр омеханических омметров приведены на рис. 131,а, б. Они состоят из источника питания (обычно используют гальванические элементы или миниатюрные аккумуляторы), магнитоэлектрического измерительного механизма, отградуированного в единицах сопротивления, добавочного и калибровочного резисторов. В омметре по схеме на рис. 13.1, а сопротивление )г' включают последовательно с измерительным механизмом. При этом шкала получается обратной; нулевое отклонение стрелки соответствует )г' =со, а максимальное — Л„=О.
Эту схему применяют для измерения больших сопротивлений: И > пере" Рнс. 13.1. Схемы алектромеханнмеекнх оммет- роа: а — е лпслехеватпльным; б — е параллельным внлвь наем намераемепп апр тппленвп )10э Ом, В омметре с параллельным включением измеряемого сопротивления (рис. 13.1, б) шкала получается прямой, но 'не равномерной.
Эту схему используют для измерения малых сопротивле; ний. Нетрудно заметить, что градуировка омметров, выполненных по, приведенным схемам, сильно зависит от напряжения источника питания.Пот этому перед началом измерений необходимо произвести калибровку прибора. Ее осуществляют изменением сопротивления калибровочного резистора аг . В схеме на рис. 13.1, а стрелку ус- танавливают на О при закороченных зажимах «1г' », а в схеме на рис. 13.1, б ее совмещают с отметкой «оо» Рнер 1Зд. 'ргнкннональнан елена электронного омметра. при разомкнутых зажимах «)г ж Необходимость калибровки является существенным недостатком рассмотренных схем.
От этого недо, статка свободны л о г о м е т р и ч е с к и е омметры, описанные в э 4.3. Их показания определяются отношением токов в рамках и не зависят от значения питающего напряжения. Поэтому логометрические омметры не нуждаются в калибровке. Э л е к т р о н н ы е омметры выполняют на основе усилителя постоянного тока (УПТ) с большим коэффициентом усиления, охваченного отрицательной обратной связью (рис. 13.2). Напряжение на выходе усилителя и = — ийт/1ь», (1+ 1/дог). (13.1> 2ро где я — коэффициент усиления УПТ без обратной связи; З=)тД)т1+ +)та) — коэффициент обратной связи.
При достаточно большом коэффициенте усиления УПТ АйЪИ и выражение (13.1) принимает вид им = — ийф~т. .(13.2) Если измеряемое сопротивление включить в цепь обратной связи ()се=а ), выходное напряжение будет пропорционально значению ат'„. Вольтметр можно отградуировать в единицах сопротивления. Шкала такого омметра получается равномерной. я г„ Относительная погреш- Ф»' ность не превышает обычно , Р вд. хх рд ~2,бсср.
'Для расширения 'т пределов измерения вспольях Я, зуют набор резисторов )ть В приборах для измере- ния особо больших сопротив- О и лений — тераомметрах а> И вЂ” сопротивление )т„включают на входе УПТ. Как слеРнс. !З.З. Мостовые схемы дня намере' нна 'параметров конденсаторов дует из формульг ( Ц.2) а шкала прибора получается обратной. Относительная погрешность возрастает до ~10% при измерении сопротивлений Я„=:10'а Ом.
Отметим важное свойство рассматриваемой схемы. Если в цепь обратной. связи включить комплексное сопротивлениет.х, выходное напряжение в соответствии с формулой (13.2) также будет комплексным, пропорциональным его значению: иана=2„и/ать Это свойство используют в автоматических мостах переменного тока. $13.2. Мостовые схемы для измерения параметров компонентов Мостовые схемы применяют для измерения параметров линейных компонентов низкочастотных цепей.
'В измерительных приборах используют разные виды мостовых схем — четырехплсчие, шестинлечис, Т-образныс мосты и др. Наиболее распространены-четырехплечне мосты. Общие свойства нх рассмотрены в гл. 3. В данном параграфе ограничимся анализом тех схем, которые наиболее широко используют ля измерения параметров компонентов. К ним относятся четырехплечие мосты переменного тока для измерения емкости и тангенса угла потерь конденсаторов (типа МЕП), индуктивности и добротности катушек (типа МИП), универсальные (типа МИЕП), трансформаторные и автоматические мосты. Мосты типа МЕП.'Для измерении параметров конденсаторов чаще всего используют схемы, изображенные на рис.
13.3, а, б. Нц схеме рис. 13.3, а исследуемый конденсатор представлен в виде по- следовательного,соединения емкости С и сопротивления потерь И„; на схеме рис. 13.3, б ему соответствует параллельное соединение С и (( . Расчетные соотношения для приведенных схем следуют из уравнении равновесия (см.
ф 3.1). Для схемы на рнс. 13.3, а сопротивления плеч 1 ~1 =/»х+," ~з=йд» /с 1 ~д /»д+ . ~4 /»4' Р«Сд ' (13.3) Здесь и далее индексы соответствуют номерам плеч. Подставив выражения (13.3) в (3.1) и разделив в полученном уравнении вещественную и мнимую части, приходим к следующим условиям равновесия схемы: а =ад —; С =С.—. Яд К~ х 1 х й (13.4) Тангенс угла потерь при последовательной схеме замещения конденсатора В =-1 (»4С /4' )=1/(»4/г ), (13.5) Х / 4 Х зСд где зд — угловая частота напряжения питания моста; Яд и Сд — значения, отсчитанные при равновесии схемы. Для мостовой схемы, изображенной на рис.
~13.3, б, уравнение (3.1) удобно записать в виде 1 1 — г = — л. Хд Учитывая, что 1/~, = 1Ю„+/~С., 1/~з=)Яд+/ Сд получим условия равновесия Тангенс угла потерь при параллельной схеме замещения определя- ют из выражения (йв,= 1/( С,Д.)= 1/( /~,С,). (13.6) Таким образом, условия равновесия рассмотренных схем одинаковы. Обычно эти.схемы уравновешивают, поочередно регулируя сопротивление н емкость рабочих элементов /гд и Сд. Для расширения пределов измерения меняют отношение К /Д. При нулевом токе через указатель равновесия (уР) отсчитывают значения й»д, Сд и /г4/Яд (или Взад) по шкалам соответствующих элементов и вы-  — 192В 25т 1 Л~ ЯвЕв ~4 С учетом приведенных на рис.
134 обозначений имеем й„+И- =-Ясса+1 'Са) КЯв (13 7) Рис. 13.4. Мостовая сясив Разделив в уравнении (137) вещественную пвовис Ров катушек и мнимую Части, приходим к следующим Условиям равновесия: т,= ст~т1Р ° С =Сает)св. (13.8) Добротность катушки (1„=вХ Я„=ютс С . (13.9) Обычно мост уравновешивают регулировкой рабочих элементов Л4 и Сь Изменением произведения )ся1(в расширяют пределы измерения. Отсчет значений )см С4 и )та(св производят по шкалам соответствующих элементов при нулевом токе через указатель равновесия.
Параметры исследуемой катушки вычисляют по формулам (13.8) и (13.9). Схему на рис. 13.4 используют для измерения параметров катушек с низкой добротностью Я„<ЗО). С повышением добротности катушки ухудшается схс1димость этой схемы, т. е. увеличивается число регулировок, необходимое для достижения состояния равновесия моста. Для катушек с высокой добротностью лучшую сходимость дает схема с последовательным включением элементов 1с4 и С4. Равновесие ее определяется выражениями тт Саоаоз 1+( С 114)т ~тС4~Ъ~31~4 1 + (оС4Й4) (13.10) 258 числяют параметры конденсатора, пользуясь приведенными форс мулами. Выбор схемы измерения определяется величиной активяых потерь (тангенсом угла потерь). Если потери малы, то используют схему, приведенную на рис. 13.3„а. Для конденсаторов с большими потерями применяют схему на рис. 13.3, б, чувствительность которой с ростом потерь в исследуемом конденсаторе увеличивается. Мосты типа МИП.
Мостовая схема для измерения параметров катушек должна содержать по крайней мере два реактивных элемента: измеряемый и рабочий„На рис, 13,4 изображена схема для измерения индуктивности н добротности катушек, в которой применен рабочий конденсатор. Для этой схемы уравнение равновесия удобно записать в ви- де Из выражений (13.10) следует расчетная формула для добротности: Ц„= 7.,Р~„=1(( СР ). (13. 11) При высокой добротности катушки (озСз)сз)з«1; при этом измеряемая индуктивность определяется формулой ~. == б'з7г )гз~ совпадающей с полученным ранее выражением. На основе рассмотренных схем строят универсальные мосты переменного тока (мосты типа МИЕП).
Как правило, они работают на одной илн двух фиксированных частотах в диапазо- ~х гю ие от 100 до 1000 Гц. Для перехода от одного режима из- меРениЯ к дРУгомУ пеРеклю- о — б лй эю чают рабочие элементы в йз плечах моста. Примером 3 универсального моста может служить прибор Е7-11, рнс. (зд. Схема трансформаторного моста обеспечивающий измерение параметров компонентов в широких пределах. Трансформаторные мосты, Трансформаторные мостовые схемы широко используют для измерения параметров компонентов. Преимущества их особенно заметны при измерении малых емкостей, индуктивностей и сопротивлений, когда применение четырехплечих мостов приводит к большим погрешностям.
Одна из распространенных схем трансформаторного моста изображена на рнс. 13.5. Она состоит из трансформатора напряжения Трь измеряемого 7 и рабочего 7ю полных сопротивлений и.трансформатора тока Тр,. Вторичные обмотки трансформатора напряжения с числами витков лз и пз включены согласно; первичные обмотки трансформатора тока с числами витков лз и а, включены встречно. Оба трансформатора выполняют с сильной индуктивной связью между обмотками, чего достигают специальной технологией при изготовлении (намотка жгутом и другие меры).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
