Электрорадиоизмерения (В. И. Винокуров) (554136), страница 56
Текст из файла (страница 56)
При этом напряжения (7з и Уз синфаэны, отношение их строго равно отношению чисел витков в обмотках: Щ(7з=п,(лз. Напряжение на выходе схемы Б з ='0 при ~ лз=~Рз. (13.12) Полагая, что (а=Ц/7 и 7ю=(/з/7ю, из условия равновесия (13Л2) получим 2 -= Уюлр4(лзпз).
(13. 13) Как следует из формулы (13.13), трансформаторный мост можпо уравновешивать изменением составляющих полного сопротив- ления 7ю и чисел витков в обмотках. При измерении активных сопротивлений, емкостей и индуктнвностей с пренебрежимо малыми активными потерями рабочий элемент выполняют постоянным, а мост уравновешивают изменением чисел витков в соответствующих обмотках.
При достаточном количестве отводов в обмотках требуемые чис-.- ла витков могут быть подобраны с высокой точностью. Увеличением числа отводов можно расширить пределы и повысить точность измерений. Сказанное определяет высокие метрологические характеристики трансформаторных мостов: отношение наибольшего значения измеряемой величины к наименьшему достигает 1О'; погрешность изме- 6 ения в диапазоне звуковых частот может быть доведена до 0,1Ъ ри соответствующем конструктивном выполнении (применение трансформаторов на ферритовых сердечниках, экранирование и пр.~ трансформаторные мосты могут работать на частотах до 200— 300 МГц, что позволяет использовать их для измерения параметров компонентов на радиочастотах.
Автоматические (цифровыа) мосты. Разработаны н широко применяются автоматические мосты с цифровым отсчетом результата измерения в соответствующих единицах. Этн приборы обладают важными преимуществами по сравнению с мостами с ручным уравновешиванием: в десятки раз уменьшается время измерения, понышается точность, появляется возможность построения автоматических измерительных систем. Автоматические мосты для измерения сопротивлений уравновешивают коммутацией рабочих резисторов с помощью электронных ключей. Сигналы управления ключами формируют из усиленного напряжения разбаланса моста. По окончании процесса уравновешивания состояния электронных ключей образуют некоторый код, определяющий значение измеряемого сопротивления.
С помощью дешнфратора этот код преобразуют в десятичный отсчет, появляющийся на цифровом табло. Автоматические мосты для измерения параметров конденсаторов и катушек индуктивности уравновешивают с помощью двух регулировок. Сигналы управления формируют из напряжения разбаланса. Конкретный способ уравновешивания зависит от схемы моста. В мостах на ЮС-элементах коммутируют резисторы,' а в трансформаторных мостах меняют числа витков в обмотках. Наиболее распространены автоматические трансформаторные мосты с преобразователями измеряемого и рабочего полных сопротивлений в пропорциональные им напряжения.
Эти напряжения затем сравнивают и компенсируют. Соответствующая измерительная схема называется а втоком лен са ционным мостом. Различают два вида автокомпенсационных мостов — экстремальные и квадратурные. В экстремальных мостах процесс уравновешивания заключается н минимизации амплитуды напряжения разбаланса моста. В квадратурных мостах напряжение разбаланса с помощью двух фазовых детекторов расщепляют на активную и реактивную составляющие. В процессе уравновешивания обе эти составляющие приводят к нулю.
Квадратурные автокомпенсационные мосты являются основой цифровых измерителей параметров компонентов (универсальные приборы Е7-8 и Е7-10, измеритель емкостей Е8-4 и др.). Эти приборы позволяют измерять С, к., й и (пб в широких пределах. Время измерения не превышает 1 с; погрешность измерения составляет 0,1 — 0,27о. й 1З.З. Резонансные схемы для измерения параметров компонентов При резонансном способе измерительной схемой является колебательный контур, состоящий из рабочего элемента н исследуемого компонента. В качестве рабочего элемента обычно используют конденсатор переменной емкости. 1 Определив резонансную частоту контура, емкость рабочего конденсатора и другие величины, вычисляют параметры исследуемого компонента.
дд ! 1х Резонансные измерения могут производиться в широком диа пазоне частот в от нескольких де- й) сятков килогерц до сотен мегагерц. При этом опРеделЯют дей- рнс. !З.з. !( определению девствуюствующие значения параметров, щей нмдуктнвиасти: т. е. фактичеекис Значении СОПРО- а — аквнвалснтная схема катушки; а — ва- Л Еи „., Е„висимсств действующей мидуктнвнссти ст кости на зажимах исследуемого компонента на частоте измерении.
Действующее значение сопротивления отличается от сопротивления, измеренного на постоянном токе, вследствие влияния поверхностного эффекта. Отличие действующей индуктивности катушки от индуктивностн, измеренной иа низкой частоте (например, мостовым методом), объясняется влиянием межвитковой емкости.
Принимая, что эта емкость включена параллельно индуктивности катушки (рис. 13.6, а), получаем Р йз ! йУу(з с) 226! да=в (13.14) 1 (ю/(юсм))У где юой=1/1I АйСй — угловая резонансная частота катушки. Характер зависимости 7 а (йт(сйод] показан на рис. 13.6, б. Аналогичное явление наблюдается у конденсаторов. Существенй!ую роль на высоких частотах играют индуктивности вводов. С повышением частоты индуктивное сопротивление вводов растет, увеличивая фактическую емкость на зажимах конденсатора. Из сказанного следует, что резонансным способом целесообразно измерять параметры компонентов высокочастотных устройств.
При этом измерения нужно проводить на рабочей частоте устройства, в котором эти компоненты предполагается использовать. Измерение индуктнвности и емкости резонансным способом. Измерение индуктивности производят следующим образом. Собирают схему, изображенную на рис. 13.7. Измеряемую индуктивность У„ и рабочий конденсатор переменной емкости Со включают по схеме последовательного контура.
Индикатором ре- зонанса является электронный 1а вольтметр с достаточно большим входным сопротивлением. Схему ге„у настраивают в резонанс. Если изина ггее- ег раееее мерения должны проводиться на рабочей частоте исследуемой катушки, устанавливают частоту геРис. 13.7. Схема дия намерения ин. дувтивности резонансным снегином нератора ггжгграа и настраивают схему изменением емкости. При резонансе, т.
е. при максимальном показании вольтметра, отсчитывают частоту генератора и емкость рабочего конденсатора. Измеряемая индуктивность в соответствии с формулой (3.3) Х.,= 1Д(2пГ)и Со[. 113.15) Аналогично, используя рабочую катушку Ео, измеряют емкость С .
Значение емкости рассчитывают по формуле С =1~[(2ЛУ)2101. (13.1б) Источники погрешностей при описанном способе измерения следующие. 1. Влияние остаточных параметров измерительной схемы. К ним относятся входная емкость вольтметра, индуктнвности соединительных проводов, емкость монтажа и пр. Фактически определяют эквивалентную индуктивность или емкость измерительной схемы, в которую входят и остаточные параметры. 2. Неточность отсчета частоты генератора. При резонансных измерениях используют генераторы, работаюпгие в широком диапазоне частот.
С увеличением диапазона падает точность градуировки шкалы и увеличнваегся нестабильность частоты генератора. Это приводит к погрешностям при отсчете частоты. 3. Неточность определения момента резонанса. Вследствие этого прн отсчете резонансного значения емкости появляется погрешность, зависящая дт ширины резонансной кривой измерительного контура и разрешающей способности вольтметра. Существуют варианты резонансных схем, позволяющие существенно повысить точность измерении. Схемы основаны на методе замещения 1разновидность метода сравнении; см.
гл.~1). Эти схемы позволяют практически устранить погрешности, обусловленные влиянием остаточных параметров и неточностью отсчета частоты генератора. Для уменьшения погрешности, связанной с неточностью определенна момента резонанса, применяют двойной ото ч е т. Резонансное значение емкости вычисляют по формуле Со= (Со +Со )/2 где Со' и Сом — емкости, отсчитанные пРи одинаковых показанинх вольтметра (рис. 13.8). При настройке схемы изменением частоты генератора аналогично определяют резонансное зна- Ср — —— чение частоты.
! Измерение емкости. Схема для изме- С' + рения малых емкостей приведена на .рис. ! ! 13.9, а. Первое измерение производят без ! ! ! неизвестной емкости. Установив требу- с' с с" с р емую частоту генератора, включают вспо- магательнУЮ катУшкУ инДУктивнасти и Рис 13.8. Определение настраивают схему в резонанс изменвни- реконансиого значения ем емкости рабочего конденсатора.
Яо емкости с помощью двоймент резонанса определяют по максимальному показанию вольтметра. При втором измерении параллельно рабочему конденсатору подключают неизвестную емкость и снова настраивают схему в резонанс, уменьшая емкость рабочего конденсатора (частота генератора при этом должна оставаться неизменной). Измеряемая емкость С„=ф— С„, (13.17) где Сщ и Соя — емкости рабочего конденсатора при первом и втором измерениях. Рис. 13.3. Схема намерения емности! и — схеме ллн немереннк мелях емкостей; б — схеме хлк нхмеренкя боль.
шех емкостей Непосредственно из схемы на рис. 13.9, а, следует, что входная емкость вольтметра, емкость монтажа и прочие остаточные параметры не влияют на результат измерения. Погрешность измерения определяется неточностью отсчета значений Со! и Сой- Схема, приведенная на рис. 13.9 а, пригодна для измерения емкостей С (Сохне . Если измеряемая емкость больше максимальной емкости рабочего конденсатора, применяют схему, изображенную на Рис.
13.9, б. Измерения производят следующим образом. Сначала настраивают в резонанс контур с короткозамыкающей перемычкой между зажимами а и б. Затем между ними включают неизвестную емкость и снова настраивают схему в резонанс, изменяя ем- 263 кость рабочего конденсатора. Резонансная частота контура при первом и втором измерениях определяется выражениями 1 1 у С+Си Приравнивая их, после преобразований получаем С.=С„С~!(С,— С„). (13.18) Как и в предыдущей схеме, погрешность измерения определяется в основном неточностью отсчета емкости по шкале рабочего конденсатора. 1е 1е Рис. 13.10. Схема измерения индунтиниости: а — схема для измерения малмх индуктилностед; б — схема длн измерения больших ин. дуктиинсстед При измерениях нужно следить, чтобы значении Сзе и Сед достаточно сильно отличались друг от друга.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
