Файл: Электрические измерения. Общий курс учебник.pdf

Универсальные мосты для измерения сопротивления резисторов, емкости и угла потерь конденсаторов, индуктивности и добротности катушек. Для измерений в лабораторных условиях промышленность выпускает универсальные мосты, позволяющие осуществлять изме­ рения сопротивлений на постоянном токе, емкости и угла потерь конденсаторов, индуктивности и добротности катушек на перемен­ ном токе в широких пределах.

Современные универсальные мосты (УМ) содержат набор образ­ цовых резисторов, конденсаторов и катушек индуктивноетей постоян­ ной и переменной величины. С помощью переключателя рода изме­ ряемой величины УМ составляется одна из рассмотренных выше схем моста, в зависимости от измеряемой величины. Значения образцо­ вых элементов в схеме моста устанавливаются другим переключате­ лем в зависимости от требуемого предела измерения.

При конструировании универсальных мостов принципиальные схемы их выбираются таким образом, чтобы при измерениях различ­ ных величин использовалось наибольшее число одних и тех же эле­ ментов.

Универсальные мосты предназначаются для измерения сопротив­ лений в широких пределах, емкости от десятков пикофарад до ста

240

микрофарад, tg ô — от тысячных долей до одной десятой, индуктив­ ности катушек от единиц микрогенри до сотен генри и добротности катушек — от единиц до нескольких сотен. Погрешность универсаль­ ных мостов зависит от измеряемой величины. В качестве нульиндикатора обычно применяются усилители переменного тока с вы­ прямительным прибором на выходе. Измерения параметров конден­ саторов и катушек индуктивности в универсальных мостах обычно производится на частоте 1000 Гц. Генератор, питающий мост, поме­ щается в том же корпусе, в котором размещены и все элементы моста.

Трансформаторные измерительные мосты для измерения комплекс­ ных сопротивлений. Четырехплечие трансформаторные измеритель­ ные мосты отличаются от мостов, рассмотренных выше, наличием индуктивно связанных плеч в диагонали источника питания или

вдиагонали нуль-индикатора.

Рис. 170. Схема трансфор­ маторного измерительного моста с индуктивно свя­

нуль-индикатора

Примеры принципиальных схем трансформаторных мостов при­ ведены на рис. 170. Если в схеме рис. 170, а подобрать параметры плеч моста таким образом, чтобы напряжения во вторичных обмотках трансформатора были бы равны по величине и фазе падениям напря- „ жения в плечах Zx и Z2 , то ток в диагонали моста будет равен 'нулю, т. е. мост будет уравновешен. Если принять, что напряжения во вторичных обмотках пропорциональны числам витков обмоток, а также не учитывать потоков рассеяния обмоток (считать, что между плечами моста существует идеальная связь) и считать, что потери в проводах обмоток пропорциональны числам витков, то условием

где m и п — числа витков вторичных обмоток трансформатора. Условие равновесия трансформаторного измерительного моста, выражаемое формулой (153), обычно называется идеальным условием равновесия. Если не делать указанных выше допущений, условие равновесия трансформаторного моста оказывается более сложным 1 . На практике при осуществлении мостов этого типа всегда стремятся их выполнить так, чтобы идеальное условие равновесия моста было

241

справедливо с точностью, достаточной при применении моста для измерения тех или иных величин.

Для схемы моста рис. 170, б идеальное условие равновесия имеет аналогичный вид:

Ъх р

где .р и q— числа витков первичной обмотки трансформатора. Одним из возможных применений трансформаторных мостов яв­ ляется измерение комплексных сопротивлений. Если Z, • • Zx (изме­ ряемое комплексное сопротивление), aZ3 — Z.\- (образцовое комплекс­ ное сопротивление), то равновесие дгоста может быть достигнуто двояким способом: изменением Z>v И Л И изменением числа витков m

и п (или р и q для схемы рис. 170, б).

Возможность уравновешивания моста изменением числа витков (для чего соответствующая обмотка трансформатора должна быть секционированной) имеет важное значение, так как при таком спо­ собе уравновешивания можно получить цифровую форму отсчета значений измеряемой величины.

Трансформаторные измерительные мосты отличаются рядом до­ стоинств: они могут обеспечить практически постоянную чувстви­ тельность в широком диапазоне изменения отноше­

менным (точно известным) сопротивлением. Измерения емкости и угла потерь конденсатора производится путем двукратной настройки моста: без испытуемого конденсатора (ключ К разомкнут), когда отсчитываются значения г, п С\, соответствующие равновесию моста, и с испытуемым конденсатором (ключ К

242

Известны мосты, выполненные по принципиальной схеме рис. 171, позво­ ляющие измерять активные проводимости и емкости конденсаторов, начиная от

пиальная схема потенциометра, дающая представление об устрой­

Точность установления момента компенсации зависит от чувстви­ тельности нуль-индикатора (гальванометра), которая может быть очень высокой.

После установления рабочего тока переключатель П должен быть поставлен в положение б, и при этом перемещением движка А опять необходимо добиться отсутствия тока в гальванометре. Это будет при некотором значении сопротивления rxS которое можно от­ считать на магазине (или магазинах) сопротивлений. Тогда

Е=Іг

где I — ранее установленное значение тока.

Этот способ требует, очевидно, постоянства значения рабочего

стью. В настоящее время разработаны источники напряжения на базе полупроводниковых стабилизаторов. Напряжения подобных источников стабильны во времени с высокой точностью. Стабилизи-

243

рованные источники получили применение в потенциометрах в ка­ честве вспомогательных источников тока.

Одним из важных достоинств потенциометров является отсутствие потребления от источника измеряемой величины в момент компенса­

Для измерения тока Іх в цепь включается, как показано на схеме рис. 173, образцовый резистор с сопротивлением гн (г„ <^ г).

IIa образцовом резисторе возникает падение напряжения Ux, пропорциональное величине измеряемого тока Іх. С помощью по­ тенциометра измеряется величина этого напряжения. Значение из­ меряемого тока определяется вы­

ражением

Ux

''и '

циометром поочередно измеряют падения напряжения на гн и на гх. Во время измерений (компен­ сации) ток / должен оставаться неизменным.

Если измеренные потенциометром падения напряжения обозна­ чить соответственно U„ и Ux, то измеряемое сопротивление можно рассчитать по формуле

Для расширения пределов измерения потенциометра применяются образцовые делители напряжения, принцип действия которых пояс­ няется рис. 175.

Устройство потенциометров постоянного тока. Потенциометры постоянного тока могут быть разделены на два типа: большого со­ противления и малого сопротивления.

244