Файл: Быков М.А. Электрические измерения электрических величин [учеб. пособие].pdf

тые отсчеты значения Ro и R4 (при не полностью уравновешен­ ном мосте) могут отличаться от значений этих сопротивлений, соответствующих полному равновесию моста, на величины, превосходящие наблюдавшуюся при последних уравновеши­ ваниях «зону 'неопределенности» их значений.

Степень скорости достижения полного равновесия моста переменного тока (по количеству необходимых для этого пов­ торных уравновешиваний) называют сходимостью процесса уравновешивания, а угол у, от которого она непосредственно зависит, называют углом сходимости. Как видно из предыду­ щего, угол у зависит как от конкретной схемы моста, так и от того, какие именно из элементов схемы моста выбраны в каче­ стве регулировочных. Случай у=90° называют случаем иде­ альной сходимости; случаи у>45—50° — хорошей сходимости, случаи 45°>у>10° — плохой сходимости. При Y < 1 0 ° равнове­ сия моста достичь практически почти невозможно, и такие случаи называют случаем нулевой сходимости.

Мосты переменного тока иногда делают и полууравнове­ шенными— уравновешенными лишь по одному параметру, а оставшееся после этого отклонение нулевого прибора служит мерой для значения другого параметра (при определенном значении напряжения питания моста). Так можно поступать только в отношении таких пар параметров моста, для кото­ рых он имеет идеальную сходимость; в противоположном слу­ чае отсутствие равновесия моста по второму параметру моста вызовет ложные суждения о правильном значении первого па­ раметра (по его значению при минимальном показании нуле­ вого прибора), а оставшееся отклонение нулевого прибора бу­ дет неверно характеризовать значение и второго параметра.

Такие мосты, например, иногда применяют по схеме Соти, уравновешивая их в отношении емкости измеряемого конден­ сатора (изменением значений Со, R3 или /?4) до получения ми­ нимального показания нулевого прибора. По значению этого минимального показания (при определенном значении напря­ жения питания моста) судят о значении угла потерь у изме­ ряемого конденсатора.

Электрическое экранирование мостов переменного тока

При применении моста переменного тока условия его рав­ новесия могут быть существенно нарушены, а результаты из­ мерения соответственно искажены из-за наличия взаимоин­ дуктивных или емкостных влияний, исходящих от внешних (посторонних) объектов или возникающих между отдельными элементами самого моста, но не известных по их величине и не

226

учитываемых в применяемых для моста уравнениях его рав­ новесия.

Влияний взаимоиндуктивного характера можно сравни­ тельно легко избежать, надлежащим образом взаиморасполагая элементы моста и объекты, 'находящиеся вокруг него(создающие магнитные поля или могущие с ними быть связанны­ ми) или применяя магнитное экранирование таких элементов " и объектов. При надлежащем выполнении магнитного экрани­

ких-либо принципиально новых измерительных свойств и ка­ честв.

Иначе обстоит дело с емкостными влияниями. Выбором со­ ответствующего взаимного расположения элементов моста и посторонних объектов сделать эти влияния пренебрежимо ма­ лыми в случае измерений малых емкостей, малых индуктивно­ стей при больших активных сопротивлениях обычно не удает­ ся. В этих случаях приходится прибегать к электрическому экранированию элементов моста и всего моста в целом. Но электрическое экранирование само при этом становится весь­ ма важным элементом моста, могущим существенно изменить его свойства.

Рассмотрим основные принципы электрического эранирования и достижимые при этом результаты сначала на примере простейшего моста переменного тока —моста Соти.

Заключим все элементы моста в отдельные экраны из хо­ рошо проводящего материала и соединим вое эти экраны друг с другом. Этим мы исключим все непосредственные емкостные связи между отдельными элементами моста и между любым из них и какими-либо внешними объектами. Но при этом воз­ никнут весьма значительные емкостные связи между каждым из этих элементов и окружающим его экраном. Однако эти свя­ зи будут упорядочены: значения их будут более или менее по­ стоянны и, главное, все они будут сосредоточе­ ны к одному общему элементу схемы—к сое­ диненным электрически в одно целое всем экра­ нам. В целях упроще­ ния задачи примем, что

(рис. ѴІ-16).

Задача ставится так: нельзя ли найти такую точку либо в самой схеме моста, либо на какой-то специально для этого созданной вспомогательной схеме, при подключении к которой

нем? Решение этой задачи зависит от того, что именно мы хо­ тим измерить в данном объекте: только ли определить значе­ ние емкости или еще получить и подтверждение того, что угол - потерь у измеряемого конденсатора действительно пренебре­ жимо мал.

В первом случае достаточно подключить экраны к узловой точке С моста. При этом емкость СА окажется включенной в диагональ АС моста параллельно источнику питания моста и при любом ее значении никакого влияния на условия равно­

(VI-14). Условие (VI-13) при не очень больших значениях со­ противлений Rs и Ri практически нарушено не будет. Для выполнения условия (VI-14) параллельно одному из этих плеч можно подключить конденсатор переменной емкости (и полу­ чить нечто вроде схемы моста Шеринга). Суждение об угле потерь измеряемого конденсатора при этом получено быть не может, так как значения емкостей Св и CD) необходимые для этого, нам не известны. Значение же измеряемой емкости бу­ дет получаться без каких-либо искажений — ни за счет какихлибо внешних влияний, ни за счет емкости какой-либо части схемы моста по отношению к экрану. Можно, например, изме­ рить емкость конденсатора всего в несколько пикофарад, под­ ключенного к мосту с помощью длинных, но экранированных (по отдельности!) подсоединительных проводников, каждый из которых будет иметь емкость по отношению к его экрану в сот­ ни раз большей величины.

Нередко считают, что эффект, аналогичный показанному выше, можно получить и без применения экранирования, при простом заземлении точки С. В действительности же влияния внешних объектов были бы при этом устранены только в том случае, если бы все эти объекты сами имели бы потенциал земли, чего фактически может и не быть. Что же касается влияний взаимных емкостей между отдельными элементами схемы, то эти влияния в результате заземления схемы ни в ка­ кой мере не устраняются.

Во втором случае, когда мы хотели бы получить правиль­ ное суждение и о малости угла потерь у измеряемого конден­ сатора (или, если этот угол не пренебрежимо мал, измерить его, применив схему моста Шеринга, зашунтировав сопротив-

228

ление Ri моста Соти конденсатором Ci), решение, применен­ ное в первом случае, уже непригодно, как это было показано выше.

В этом случае нужно применить другую систему экраниро­ вания, часто называемую «системой эквипотенциального экра­

нирования».

Суть этой системы экранирования заключается в том, что к источнику питания моста подключается некоторая дополни­ тельная схема ВС (как это показано на рис. VI-17) з какой-то точке Е, которой создается потенциал, равный потенциалу то­ чек В и D основной измерительной схемы при ее равновесии. Это осуществляется путем регулировки параметров вспомога­ тельной схемы одновременно с уравновешиванием основной

мерительной схемы подсоединяются экраны всех элементов из­ мерительной схемы.

Рис. ѴІ-17

Врезультате подсоединения к точке Е экранов элементов

измерительной схемы емкости СА и Сс оказываются вклю­ ченными параллельно соответствующим частям вспомогатель­

выше двойного равновесия схемы (как измерительной схемы, так и вспомогательной относительно измерительной) окажется включенной между двумя эквипотенциальными точками и ни через одну из них не будет протекать какой-либо емкостный ток; эффект будет таков, как будто каждая из этих емкостей равна нулю или вообще отсутствует.

22'j