Файл: Атамалян Э.Г. Методы и средства измерения электрических величин учеб. пособие.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 25.06.2024

Просмотров: 156

Скачиваний: 7

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

ряемую катушку с индуктивностью Lx и активным сопротивлением Rx включают в первое плечо. Переменный резистор присоединяют параллельно к образцовой емкости С4. Используя условие равновесия мостовой схемы переменного тока (2-51), получим

(Rx + jaLx) i/Ri+jaCi - RzRs-

(8-28)

Отсюда

 

активное сопротивление

 

Rx = Rz (Ra/Rdi

(8-29)

индуктивность

(8-30)

Lx = RoRaC,.

Добротность катушки

 

Q= (a>Lx)/Rx = юС4Я4.

(8-31)

Для измерения индуктивностей катушек с добротностью более 30 применяют схему последовательного соединения резистора R:l и образ­ цовой емкости С4 (рис. 8-12). Условия равновесия мостовой схемы при этом следующие:

- откуда

(Rx j(i>Lx) (R4

//(0С4) = R2R3,

(8-32)

RxRt-\-Lx/Ci = RzRa',

)

 

 

 

(8-33)

 

 

a)LxRi = Rx/(®Ci).

 

j

 

 

 

 

 

Из совместного

решения уравнений

(8-33), следует, что актив­

ное

сопротивление

 

 

 

 

 

 

 

 

/?Л.= (ш2С ^ 2^ 4 )/[ Н - ( « С 4а д .

(8-34)

 

Индуктивность

 

 

 

 

 

 

 

 

Rx — (RzRsCiJ/l1 + (соС4/?4)2].

(8-35)

 

Добротность катушки

 

 

 

 

 

 

 

Q = (aLx)lRx =

1/tg б =

1/(<оС4/?4),

(8-36)

где

tg б —тангенс

угла потерь.

 

 

 

 

 

Отсюда

Rx = (cD2q /? 2tf3/?4)/(i +

1/Q2);

(8-37)

 

 

 

 

L, = (7?2/?3C4)/(1 +

1/Q2).

(8-38)

 

Для катушек с высокой добротностью отношение

1/Q2 незначи­

тельно по сравнению с единицей, поэтому

 

 

 

 

R x^tfC lR tR tR i,

.

(8-39)

 

 

Lx к* RzR-sCJl 1 +

(соС4/?4)2].

(8-40).

 

Мостовые схемы, показанные

на

рис.

8:11 и 8-12,

используют в

схеме универсального моста типа Е12-4. Измерения осуществляют на частоте 100 и 1000 Гц.

161


При измерении сопротивлений на постоянном токе индикатором равновесия служит магнитоэлектрический прибор, чувствительность которого регулируют; при измерении же сопротивлений на пере­ менном токе, индуктивностей и емкостей равновесие мостовой схемы устанавливают с помощью электронного индикатора, который выполнен по схеме усилитель — детектор мостиковый (см. § 3.3). Усилитель индикатора четырехкаскадный полупроводниковый, его первый каскад • выполнен по схеме эмиттерного повторителя и обеспечивает входное сопротивление 150 ч- 200 кОм. Кроме автоматической индикатор имеет ручную регулировку чувствительности.

Измерение индуктивности куметром. Измеряемая

катушка

Lx,

Rx подключается к зажимам 1—/'

куметра (см. рис. 8-5),

и контур Lx,

Rx, С0 настраивают в резонанс

на частоту /0.

По величинам

/0,

С0

и Q определяют величину искомой индуктивности:

 

 

 

Lv= l/(4 n ’~ftC0)

 

 

(8-41)

и сопротивления:

 

 

 

 

 

Rx — V(2nf0CoQ).

 

 

(8-42)

§ 8-4. Измерение емкости

 

 

 

 

 

Измерение емкости мостовыми схемами

переменного

тока

(рис. 8-13). Исследуемый конденсатор, представленный последователь­

ной схемой RXf Сх, включают в первое плечо.

Образцовую емкость С3

 

соединяют последовательно с

резистором

 

R3. Условие равновесия моста при измере­

 

нии емкости

следующее:

 

 

[Rx + 1/(/соС,)] R, = R, [Я3 +

1/(/соС3)],

 

откуда

 

 

(8-43)

 

 

 

 

 

измеряемая емкость

 

 

 

С, = С3 (/?„//?,),

(8-44)

 

сопротивление потерь в последователь­

 

ной схеме замещения

 

Рис. 8-13. Схема моста для

Rx^R-ARa/R*)-

(8-45)

вместо

Rx измеряют тангенс

измерения емкости

Обычно

либо добротность Q =

угла потерь

tgS =

сoCxRx в конденсаторе

l/tg 6 . Подставив в выражение tg б значения

Rx и Сх, получают

tg б = сoCxRx = соR3C3.

 

(8-46)

 

 

Из выражений (8-44) для Сх и (8-46) для tg б видно, что при уравнове­ шивании моста резисторами R3 и R4 получается раздельный отсчет по измеряемым емкости Сх и тангенсу угла потерь tg б. При этом рези­ стор R:i градуируют в единицах емкости, а резистор R3 — в значе­ ниях tg б.

162


Рис. 8-14. Схема измерения ем­ кости диода методом емкостно­ омического делителя

С более высокой точностью емкость конденсаторов в пределах 0,001 -т- 1000 пФ рекомендуется измерять с помощью трансформатор­ ных мостов (см. § 2.3; § 9.3).

Измерение емкости куметром. Измерение емкости конденсаторов в пределах 10 -ь 600 пФ с добротностью 5 -ь 1200 на высоких часто­ тах 50 кГц -н 250 МГц можно осуществить с помощью куметра. Методика измерения Cv такая же, как и при резонансном методе

(см. § 8.4).

Если измеряемая емкость меньше образцовой, то Сх подключают к зажимам 22' (см. рис. 8-5), т. е. параллельно С0, и вычисляют по формуле Сх = Со1 — Со2.

Если измеряемая емкость больше образцовой, то Сх включают последовательно С0 и в этом случае Сх — (Со2 -Со1)/(Со2 — Со1).

Измерение емкости методом емкостно-омического делителя. Наряду с мостовыми и резонансными методами при измерении емкости полу­ проводниковых диодов наибольшее рас­ пространение получил метод емкостно­ омического делителя.При всех методах измерения определяют суммарную ем­ кость и перехода и корпуса: Сд = Сп + + Ск. Вольтфарадная характеристика диода является криволинейной, поэтому степень точности измерения емкости определяется точностью задания рабочей точки (напряжения смещения), в кото­ рой измеряется емкость, и точностью измерения переменного напряжения,

при помощи которого осуществляется это измерение. Схема измерения дана на рис. 8-14.

При напряжении смещения U на диоде менее 1 В амплитуда пере­ менного сигнала, задаваемого генератором высокой частоты ГВЧ, UMне должна превышать 50 мВ. Если частоту измерения / выбрать таким образом, чтобы ток в цепи определялся бы реактивным сопро­ тивлением емкости 1/(2я/Сд), то напряжение на резисторе R„ будет

пропорционально величине емкости Сд, т. е. (Уд = \U№aCJ\f2] Rn. Установив вместо измеряемого диода эталонный конденсатор С9, можно отградуировать ламповый вольтметр, измеряющий напряжение на нагрузке Ra в единицах емкости, тогда значение измеряемой ем­ кости

 

Сл = Св(ил/и э),

(8-47)

где

UB— напряжение на резисторе Ru при

включении соответ­

ственно диода емкостью Сд и эталонного конденсатора Сэ. Частота измерения равна нескольким мегагерцам.

Ниже приведены таблицы, в которых представлены технические

данные

измерителей

сопротивлений

(табл. 8-1), индуктивностей

(табл.

 

8-2), емкостей

(табл. 8-3) и

универсальных измерителей

(табл.

8-4),

 

 

163


Т ип прибора

Е6-12

Е6-4А

Е6-10

ЕК6-7

ЕК6-11

Е6-14

Тип

прибора

ЕЗ-2 (Е7-2)

ЕЗ-З (Е7-3)

 

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а

8-1

Пределы измерения

 

Шпалы

Погрешность измере­

 

 

ния, % к номиналу

 

 

 

 

 

 

 

 

шкалы

 

 

 

 

Пр](боры стрелочные

 

 

 

 

 

 

0,1 МОм ч- 10

Ом

1 - 3 — 1 0 - 3 0 -

 

3

 

 

 

 

 

 

— 100—300 МОм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 - з — io

Ом

 

 

 

 

 

 

3

Ом 4 - 200 МОм

3

Ом — 3

МОм,

 

1,5

 

 

 

 

 

 

1—200 МОм

 

 

 

 

 

 

10 Ом ч- 1000 МОм

 

100—300

Ом,

 

2,5 (до 10 МОм)

 

 

 

1—3— 10—30—

 

 

 

 

— 100—300 кОм

 

4 (до 1000 МОм)

 

 

 

1—3— 10—30— 100—

 

 

 

■- 3 0 0 - 1 0 0 0 МОм

 

4 (до 1 ТОм)

 

10

МОм Ч- 105 том

 

10 -100 ТОм,

 

 

 

 

 

 

1-105 ХОм

 

6 (до 103 ТОм)

 

 

 

 

 

 

 

 

10 (до IO3 хОм)

/_

10"14 Ч- 10"’

А

 

 

 

 

6(10-к>ч- 10~I4 А)

U _ 10 мв ч- 10

В

 

 

 

 

 

4 (10-7 4 -

10-ю А)

30— 100—300 МОм

2,5

 

 

30 МОм Ч- 1000 ТОм

6 (до

1 ГОм)

 

 

 

 

 

1—3— 10—30—

 

 

 

 

 

— 100—300 ГОм

 

10 (до 1000 ТОм)

 

 

 

1—3— 10—30—

 

 

 

 

— 100—300 ТОм

 

10 (до 3 • IO-"

А)

/

10-12 Ч- 3 • 10“’ А

3 0 0 -1 0 0 —3 0 -

 

 

 

 

— 10—3 - 1 нА

 

6 (до 3 • 10"’

А)

 

 

 

3 0 0 - 1 0 0 - 3 0 - 1 0 - 3

пА

10 кОм ч- 10» хОм

 

 

 

 

 

4 (10’ ч-

Ю12 Ом);

 

 

 

 

 

 

 

6(101*4- IO» ом)

 

 

 

 

 

 

 

10(104 4 - 101° Ом)

 

0,001 Ч- 10 В

 

 

 

 

 

 

2,5

 

А);

 

IQ-» _л_ ю-7 а

 

 

 

 

4(10 -1 * 4 -1 0 -’

 

 

 

 

 

 

 

 

6 (1 0 -и ч - 10-1* А)

 

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а

8

 

Пределы измерения

 

Частота изме­

Погрешность измерения

 

 

 

 

рении, кГц

 

 

 

 

 

 

L 10

мкГн 4 - 1 Гн

 

 

1000

 

0 ,0 1 /.+ 0,03

мкГн

 

(без подмагничивания)

 

 

 

(для L 1

• 10-5 4 -

1

• 10-1 Гн)

 

 

 

 

 

 

0,002/. (для L 1 • IO"4 -f-1

Гн)

R 0 4 - 100 Ом

 

 

 

 

 

0,02/?+ 0,02

Ом

 

 

(для L 10 мкГн-т- 10 мГн)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(для R до 1 Ом)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,02 ■Д + 0,1

Ом

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(для R 1 4 -1 0

Ом)

 

 

 

 

 

 

 

 

0,02 -R + 1

Ом

 

 

Q 1,5 4-100

 

 

 

 

 

(для R 10 4 -

ЮО Ом)

 

 

 

 

 

(3 + 0,J5Q) %

 

 

(для L 10 мГнч- Ю Гн)

 

 

 

 

 

L 0,01 -4- 1000 Гн

 

 

55,

100,

2 4 - 3% (55

Гц),

 

 

(с током подмагничивания

400,

1000

14 -2% (400 Гц),

 

 

от 0,01 до 10 А)

 

 

 

 

1 % (100 и 1000 Гц)

 

Q 0,5 ч- 100

 

 

 

 

 

Для

последовательной

 

 

 

 

 

 

схемы замещения;

10 4-25%

 

 

 

 

 

 

для параллельной схемы за­

.

 

 

 

 

 

мещения;

5 4-25%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

164


 

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а

8-3

Тип

 

 

 

Частота

Погрешность измерения,

Время

Пределы

измерения

измере­

измере­

прибора

ния,

 

%

 

ния,

 

 

 

 

 

кГц

 

 

 

с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У

 

Е8-2

С 0,001 пФ - M U

мкФ

1 ±

i%

0,25 (1 пФ ч- 1

мкФ)

 

 

стрелоч­

0 0,01 мкСнм-4- 11 1

ыСим

 

 

 

0.2 + 20G

 

 

 

ный

 

 

 

 

(10 мкСим — 111

мСим)

 

 

 

с преобразователем:

 

 

 

0 Сим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L 0,1 мкГи— 10 мГн

 

 

2 (10

мкГн 4 - 1

мГн)

 

 

 

R 0,01 -f- 100 Ом

 

 

2% +0,0150

Ом

 

 

 

С 0,03 пФ -4- 10 мкФ

 

 

(0,01 4 - 10 Ом)

 

 

Е8-3

1 ±

2%

0,002

С + 0,02 пФ +

0,5 4 -1,5

цифро­

tg 6 5 • 10-4 4 - 999 ■10"1

 

 

 

+ 1 знак

 

 

 

вой

 

 

 

 

 

0,02 lg 6 + 5- 10-1

 

 

 

 

 

 

 

(для С 100 пФ 4 -

1 мкФ)

 

 

 

 

 

 

 

0,02 lg 6 + 1 0 ~ 3

 

 

 

 

 

 

 

 

(для С 10 -4- 100 пФ

 

 

 

 

 

 

 

 

и- более 1 мкФ)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а

8-4

Т и п

П р е д е л ы и з м е р е н и я

 

Ч а с т о т а ,

П о г р е ш н о с т ь и з м е р е н и я

п р и б о р а

 

к Г ц

 

 

 

 

 

 

 

 

Е7-4

R 0,1

Ом 4- 1

МОм

 

0,1

(1+6//?)%

 

 

(Е12-4)

1 4 -1 0 МОм

 

 

0,1

2%

9//?)%

 

 

0,1 4 - 10 Ом

\

 

постоянный

(2 +

 

 

10 Ом — 10 кОм |

 

ток

(1 +

6//?)%

 

 

0 10 4 - 100 пФ

 

1

 

(2 +

30/С)%

 

 

100

пФ 4- 10 мкФ

 

1

 

(1 + 2 0 /0 %

 

 

10 4 -

100 мкФ

 

0,1

2%

9/L)%

 

 

L 10 4 - 100 мкГн

 

1

 

(2 +

 

,,

100 мкГн 4- 1

Гн

 

1

 

(1 + 6 /0 %

 

 

 

1 4- Ю Гн

 

 

ОД .

(1 + 6 /0 %

 

 

 

10 4-100 Гн

 

 

0,1

2%

10-3 +

0,1 tg б)

 

 

lg б 0,005 4 -0,1

 

 

1

 

(5-

 

 

Q 1 4 -30

 

 

1;

0,1

(10 + 0,5Q)%

 

 

30 4-100

 

 

1

 

(5- Ю-з +

0,1 tg 6)

 

Литература

 

 

 

 

 

 

 

 

 

К у ш н и р Ф. В., С а в е н к о

В. Г., В е р н и к

С. М. Измерения в технике

связи. «Связь», 1970.

Полупроводниковые диоды. Параметры, методы измерений. Под ред. Горю­

нова Н. И. и Носова Ю.

Р. «Советское радио», 1968. '

'

Радиоизмерительные приборы. Каталог — проспект.

ВНИИТЭИР, 1971, 1972.

Т е п л и . н е к и й А.

М. Мосты для измерения высокоомных сопротивлений н

малых постоянных токов.

«Энергия», 1970.