Файл: Шумилин Н.П. Специальные измерения в проводной связи учебник.pdf

Г Л А В А ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ 12 ПЕРЕМЕННЫМ ТОКОМ

12.1.Мосты переменного тока

Втехнике проводной связи для ориентировоч­ ных суждений о модуле сопротивления переменному то­ ку нередко используют метод амперметра и вольтмет­ ра или метод одного вольтметра (или И У ), которые рас­ смотрены в § 3.2. Для более же точных измерений соп­ ротивления в широком диапазоне частот применяют, главным образом, мостовые схемы.

На рис. 12.1 представлены наиболее часто встречаю­ щиеся мостовые схемы, предназначенные для измере­ ния сопротивлений емкостного или индуктивного харак­ тера. Для всех этих схем условие равновесия формули­ руется аналогично мосту постоянного тока: при равно­ весии моста произведения полных сопротивлений (импедансов) противоположных плеч моста равны между собой.

то для переменного тока условие равновесия распадает­ ся на два: 1) условие модулей — для уравновешенной мостовой схемы произведения модулей сопротивлений противоположных плеч равны между собой и 2) условие углов — в уравновешенной мостовой схеме суммы уг­ лов сопротивлений противоположных плеч равны друг другу.

Таким образом, балансировка моста возможна толь­ ко при наличии двух регулировок: по модулю и по фазе (иначе говоря, по активной и по реактивной составляю­ щим). Кроме того, включение образцового прибора ре­ активных сопротивлений (обычно магазина емкостей, как бодее точного и менее громоздкого) должно про-

239

изводиться так, чтобы условие углов могло бы быть выполнено (например, схема рис. 12.1 а не может быть уравновешена, если вместо сопротивления с индуктив-

Рлс. 12.1. Мосты переменного тока:

а) схема Максвелла; б) схема Хея; в) схе­ ма Сотп; г) схема Вина

ной составляющей в плечо х включить сопротивление емкостного характера).

Из условий равновесия моста получим формулы (см. задачу № 171) для;

240

Нетрудно видеть, что схемы, в которых образцовые приборы емкости С 3 и сопротивления R 3 соединены па­

назначены для случаев, когда измеряемые комплексные, сопротивления состоят из последовательного соединения резистора и реактивной составляющей; для параллель­ ного их соединения формулы должны быть изменены (см. задачу № 172).

В качестве индикатора в схемах рис. 12.1 можно (для тональных частот) применить телефон или магни­ тоэлектрический прибор с детектором (и усилителем). В последнем случае для устранения опасности испортить прибор при большом нарушении баланса необходимо предусмотреть автоматическую регулировку усиления.

Удобным, но дорогим индикатором равновесия мо­ ста может служить электроннолучевая трубка. При ее использовании возможно осуществить уравновешивание моста всего в две операции. Применяя в качестве ин­ дикатора телефон или стрелочный прибор, нельзя опре­ делить, реагирует ли он на нарушение условий равнове­ сия по модулю или по углу, так как реакция его одно­

воздействием настройки, например по углу, меняет свою форму, сжимаясь в прямую при выполнении условия уг­ лов, а под воздействием настройки по модулю меняет свое положение (при выполнении условия модулей эл­ липс принимает горизонтальное положение).

241

Таким образом, если для обычного моста баланс до­ стигается путем неоднократных последовательных при­ ближений (грубо по модулю; грубо по фазе; снова по модулю — точнее, снова по фазе — точнее; опять по мо­ дулю — еще точнее; опять по фазе — еще точнее ит. д.), то при осциллографическом индикаторе может быть до­ стигнута сразу точная настройка (например) по фазе и затем сразу же точная настройка по модулю (раздель­ ное уравновешивание).

В схеме рис. 12.2 перед описанной настройкой про­ водят предварительную операцию: нажимают ключ К. н образовавшийся на экране эллипс сжимается в пря­ мую настройкой фазовращателя, сопряженного с усили­ телем горизонтального отклонения. После этого ключ К отпускают, и мост уравновешивается регулировкой R 3 по фазе (образовавшийся вновь эллипс сжимается в прямую), а регулировкой R^ — по модулю (полученная прямая приводится к горизонтальному положению).

12.2.Мосты высокой частоты

Впринципе, применение схем, приведенных на рис. 12.1, возможно в широком диапазоне частот, но практически оказывается, что при частотах выше звуко­ вых и даже выше 5—6 кГц возникают существенные по­ грешности измерений, обусловленные наличием пара­ зитных связей (главным образом, емкостных) между

элементами схемы моста. Экранировка этих элементов в схемах рис. 12.1 затруднительна. Поэтому для измере­ ний на высоких частотах (от 5 кГц до десятков мега­ герц) в проводной связи применяют дифференциальные мосты, в которых основным элементом является диф­ ференциальный трансформатор с высокой степенью сим­ метрии обмоток (такие трансформаторы экранируются и легче, и совершеннее). Кроме того, в таких мостах лег­ ко производить предварительную нулевую балансиров­ ку. Для этой цели (при отключенном объекте измере­ ний) образцовые приборы емкости и проводимости (по­ следними в таких мостах обычно заменяются магазины сопротивлений) устанавливают в нулевые положения и с помощью регулировки специальных, корректирующих, емкостей и резисторов достигают уравновешивания мо­ ста. При точных измерениях это делается на каждой частоте, при обычных — на одной, рекомендованной для данного прибора, или средней частоте измерений. Толь-

24?

Ко после такой предварительной компенсации действия паразитных связей исходные положения образцовых приборов можно считать нулевыми и приступать к изме­ рениям.

В качестве индикатора в мостах подобного типа мо­ жно применить указатель уровня или осциллограф, но нередко используют и телефон, включаемый через ге­ теродинный детектор (рис. 12.3). Преобразователь, вос-

ДТр,

ственного генератора гетеродинного детектора Г2. На выходе преобразователя в числе прочих образуется раз­

ваются минимальной громкости звука в телефоне. Это будет означать, что напряжение частоты /у между кон­ цами индикаторной диагонали также пришло к мини­ муму.

только после этого балансировать мост. С другой сто­ роны, ошибочно, не обращая внимания на градуировку

243

вольной точке, так как легко впасть в заблуждение, по­

для сопротивлений с емкостной составляющей (схема «—», рис. 12.56). Из условия Z a b — Z Cd получим фор­ мулы (см. задачи №№ 174, 175):

— для схемы рис. 12.5а

Легко видеть, что формулы для определения актив­ ной и реактивной составляющей, представляя их сое­ диненными последовательно, для обеих схем одинаковы. Этим объясняется примененный способ включения об­ разцовых приборов Со и Д 0. Подобная схема осущест­ влена в приборе МПП-300, используемом для измерения комплексных проводимостей индуктивного и емкостно­ го характера в диапазоне частот от 0,2 до 300 кГц. По­ грешность измерений этим прибором по модулю при со­ противлениях до 1000 Ом не превышает .±(0,75% + + 0,5 Ом) и ±2% при сопротивлениях 1000— 10 000 Ом. Погрешность по углу не превышает ±2° для сопротив­

2 4 4