Файл: Александров В.С. Электронные гальванометры постоянного тока.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 17.07.2024
Просмотров: 134
Скачиваний: 0
Измерительные электроды имеют размеры от 10 до 75 мм. Они выполнены из меди и покрыты золотом. Предусмотрена возможность^использования охранных электродов с зазором в 2 мм. Необ ходимая сила прижатия обеспечивается соответствующим грузом, накладываемым на измерительный электрод.
Измерители сопротивлений в агрессивной среде типов ИСА-1 и ИСА-2 предназначены для измерения удельных объемного и по верхностного сопротивлений плоских электроизоляционных мате риалов в жидкой и газообразной агрессивных средах. Приборы ра ботают по методу измерения тока через исследуемый образец при подаче на него испытательного напряжения. Измерение тока про изводится автокомпенсационным электронным гальванометром.
Прибор состоит из двух частей—высоковольтной и измеритель ной. Высоковольтная часть включает в себя стабилизированный выпрямитель с делителем напряжения. Выходное напряжение вы прямителя регулируется в пределах от 50 до 1000 В.
Электронный гальванометр состоит из электрометрического усилителя постоянного тока с коэффициентом усиления более 1 0 4, цепи отрицательной обратной связи и выходного стрелочного при бора. Входной каскад усилителя выполнен на электрометриче ской лампе типа ЭМ-10. Согласование электрометрической лампы с транзисторным усилителем осуществляется при помощи полевого транзистора типа КП102. Переключение пределов измерения про изводится при помощи изменения резисторов в цепи обратной связи. Для калибровки этих резисторов в схему введен источник опорного
тока от ІО- 7 до ІО- 1 0 А. Погрешность источника тока не более
0,3%.
Испытательная камера представляет собой цилиндрический замкнутый сосуд, выполненный из нержавеющей стали. Внутри ка меры расположена поворотная кассета с тремя гнездами для образ цов. Кассета приводится во вращение при помощи двигателя. На крышке камеры расположен блок электродов с грузом и индика тор исходного положения электродов. В днище камеры имеется подъемный механизм для перемещения подвижного столика, ко торый, проходя через гнездо кассеты, снимает с него образец и прижимает к блоку электродов. Перемещение столика фиксируется индикатором, расположенным в нижней части камеры. Камера имеет три окна, два из которых предназначены для подсветки, а третье— для наблюдения за блоком электродов.
Для регулирования температуры в камере в днище имеется по догреватель, питаемый горячей водой от ультратермостата. Для заполнения камеры рабочей средой предусмотрены два клапана, через которые камера соединяется с заправочным баком.
Прибор типа ИСА-2 может работать со взрывоопасными средами. Для этого в нем предусмотрены искрозащищенные входные цепи и автономное питание блоков. Основные характеристики приборов приведены в табл. 4-1.
7 З а к а з № 2511 |
153 |
Установка типа ИСИП-1 предназначена для измерения объем ного сопротивления тонких пленок в интервале температур от + 1 0 до -f- 200° С. Установка также работает по методу измерения тока через испытуемый образен, пленки при подаче на него напряжения.
Испытуемый образец пленки помещают в термостат, служащий для установления и поддержания необходимой температуры с точ ностью не менее 1° С. В качестве гальванометра используют серий ный электрометр типа ЭД-05М.
Для измерения удельного сопротивления вырезают образцы пленок диаметром 90 мм, которые вкладывают во фторопластовые обоймы с электродами, установленные в термостате. Перед измере нием производят разряд образца пленки и входных цепей электро метра. После этого на образец подают испытательное напряжение. При особо точных измерениях предварительно калибруют рези сторы обратной связи. Время измерения одного образца пленки составляет 60 с.
Внешний корпус термостата выполнен из дюралюминия толщи ной 1,5 мм, а внутренний из стали толщиной 1 мм. Между ними помещен слой изоляции толщиной 150 мм. В камере расположены измерительные электроды, выполненные из токопроводящей резины.
Мосты для |
измерения больших сопротивлений типов Р4052, |
|
Р4053 и Р4060 |
(завод «Микропровод», г. Кишинев) |
предназначены |
для измерения |
электрического сопротивления при |
изменяющемся |
напряжении на образце. Диапазон измеряемых сопротивлений ле жит в пределах от 10 до 1014 Ом. Погрешность измерения на верх нем пределе не превышает 2%. В приборе типа Р4052 в качестве нуль-индикатора используется электрометр с динамическим кон денсатором. В приборе Р4060 нуль-индикатор выполнен на транзи сторах. Схема моста приведена в работе [14].
Тераомметры типов ЕК6-7 и ЕКб-11 построены по схеме с изме рением-тока в образце при помощи автокомпенсационного гальва нометра. Прибор ЕК6-7 предназначен для измерения сопротивле ний от ІО7 до 3-101в Ом, при испытательном напряжении от 1 до 1000 В. Основная погрешность измерения лежит в пределах от 4 до 10%. Электронный гальванометр состоит из усилителя на сдво енном электрометрическом тетроде типа ЭМ6 и двух каскадов на лампах 12Ж1Л.
Тераомметр типа ЕК6-11 предназначен для измерения сопротив ления изоляции конденсаторов с постоянной времени до 10е с. Диа пазон измеряемых сопротивлений лежит в пределах 30 МОм — 1000 ТОм. Прибор позволяет измерять сопротивление изоляции конденсаторов емкостью до 30 мкФ при испытательных напряже ниях от 2,5 до 1000 В. Время одного измерения не превышает 1 мин.
Вкачестве гальванометра в приборе ЕК6-7 применен усилитель
сдинамическим конденсатором на входе и глубокой обратной связью по постоянному току. Благодаря этому возможно измере ние сопротивления изоляции конденсаторов с большой постоянной времени. Прибор снабжен специальной измерительной камерой для
154
испытуемых конденсаторов. Для питания измерительной схемы ис пользуются батареи ртутно-цинковых элементов типа ОР2К напря жением 500 и 1000 В.
Тераомметр модели «Тералин-3» (фирма «Статрон»/ ГДР) пред назначен для измерения сопротивления изоляции и высокоомных резисторов. Он может работать в двух режимах измерения — ло гарифмическом (для быстрого определения величины исследуемого сопротивления при ограниченной точности измерения) и линейном
5) |
в) |
Рис. 4-12. Схемы тераомметра типа «Тералин-3»: а — упрощенная; б — для логарифмирующего режима работы; в — для линейного режима работы
(для точного измерения величины сопротивления компенсационным методом). Выбор режима измерения производится при помощи пе реключателя.
При измерении сопротивления компенсационным методом ве личина тока определяется автокомпенсационным электронным галь ванометром. Применение компенсационного метода измерения по зволило упростить схему прибора и повысить его точность. При этом гальванометр работает как нуль-индикатор, а его собственная погрешность и предельная чувствительность не вносят погрешности в результат измерения. Кроме того, величина входного сопротив ления гальванометра не влияет на показания, так как в уравнове шенном состоянии напряжение на нем равно нулю. Напряжение на образце в уравновешенном состоянии равно напряжению, снимае мому е делителя опорного напряжения и может быть сделано очень малым (менее 1 В).
Упрощенная схема прибора приведена на рис. 4-12, а. Прибор состоит из электрометрического усилителя, источника измеритель
7 * |
155 |
ного напряжения и измерительной головки. Электрометрический усилитель имеет один каскад усиления на лампе типа ДС762, ра ботающей в обращенном режиме.
Принцип работы прибора в логарифмическом режиме поясняется рис. 4-12, б. В этом случае измеряется падение напряжения от тока
вобразце на внутреннем сопротивлении высоковакуумного диода Д в области начального тока. В качестве диода использован проме жуток анод—катод электрометрической лампы типа ДС762. При работе на начальном участке характеристики сопротивление про межутка анод—катод обратно пропорционально логарифму анод ного тока, величина которого определяется измерительным напря жением Еп и сопротивлением исследуемого резистора Rx.
Чем больше сопротивление исследуемого резистора, тем больше оказывается сопротивление промежутка анод—катод лампы ДС762. Благодаря этому измерение сопротивлений становится возможным
вшироком диапазоне без переключения пределов. Погрешность из мерения в логарифмическом режиме достигает 2 0 %.
Калибровка логарифмической шкалы прибора производится
в двух точках при значениях контрольных токов ІО“ 7 и ІО“ 10 А. Включение контрольных токов производится ключами К1 и К2. Величины контрольных токов устанавливаются при помощи потен циометров R8 и R9. При калибровке шкалы прибора клеммы, к ко торым подключается исследуемый резистор, должны быть свобод ными, а компенсирующее напряжение должно быть отключено.
Принцип работы прибора в линейном режиме поясняется схе мой рис. 4-12, в. В этом случае к аноду лампы подводится большое отрицательное напряжение от вспомогательного источника Ест (рис. 4-12, а), так что рабочая точка не заходит в область началь ного тока. При этом анод лампы становится управляющим элек
тродом, ток которого не превышает ІО“ 15 А. В линейном режиме измерительный прибор имеет нулевое положение стрелки указа теля в центре шкалы.
Уравновешивание тока через исследуемый резистор произво дится при помощи переключаемого сопротивления R a и регулируе мого компенсирующего напряжения Ек. Величина компенсирую щего напряжения измеряется прибором ИП2. Для устранения пе регрузок, усилителя в процессе уравновешивания анод лампы за корачивается на корпус при помощи ключа КЗ.
При измерении в линейном режиме вначале устанавливают из мерительное напряжение £„, которое контролируют по прибору ИПЗ. После этого устанавливают значение сопротивления R n ком пенсирующей цепи, предельное значение которого соответствует измеряемому сопротивлению, деленному на величину измеритель
ного напряжения. Если, например, Rx = |
ІО1 2 Ом и Е п = 100 В, |
то сопротивление R a должно составлять |
101в Ом. |
Далее размыкают ключ КЗ и изменяют компенсирующее напря жение Ек до тех'пор, пока электрометр не покажет нуль. Такое по
156
ложение соответствует равенству компенсирующего напряжения Ек падению напряжения от измеряемого тока на сопротивлении R ir
Величина сопротивления Rx определяется из соотношения |
Rx — |
|||
— EUR„/EK. Шкала измерителя Ек проградуирована |
в |
величинах |
||
1/ЕК, благодаря |
чему определение сопротивления R x |
производят |
||
перемножением |
показаний измерительных приборов |
ИП2, |
ИПЗ |
|
и величины измерительного резистора R n. |
|
|
то ее |
|
Если величина измеряемого сопротивления неизвестна, |
вначале целесообразно измерить в логарифмическом режиме. Это облегчает и ускоряет процесс измерения, а также устраняет воз можные перегрузки гальванометра.
Конструктивно гальванометр с измерительной головкой и ис точником измерительного напряжения расположен в экранирующем корпусе из листовой стали. Электропитание всего прибора произ водится от батарей, поэтому измерение можно выполнять без за земления корпуса прибора. Прибор комплектуется измерительной камерой, соединяемой с электрометрической частью при помощи специального кабеля. Основные характеристики прибора приве дены в табл. 4-1.
4-4. Применение электронных гальванометров для измерения малых зарядов
Измерение малых зарядов осуществляется измерительными си стемами с большим входным сопротивлением. К таким измеритель ным системам относятся электрометры всех типов, и в том числе электрометры с динамическим конденсатором.
Требования, предъявляемые к устройствам для измерения ма лых зарядов, определяются главным образом необходимостью све дения к минимуму утечек в измерительной системе, включающей как сам электрометр, так и соединительные цепи. При измерении зарядов необходимо учитывать, что в соответствии с законом со хранения зарядов
|
|
Q = Q s t 3 J r Q . 3 n > |
||
где Q — общий заряд системы до подключения электрометра; QU3 — |
||||
измеряемый заряд |
после подключения электрометра; Q3Jl — заряд |
|||
емкости электрометра. |
|
|
|
|
Если потенциалы входной цепи электрометра и измеряемого |
||||
объекта одинаковы, |
то |
|
|
|
|
|
Qn3_ |
|
|
|
|
'с-'И З |
'“'сЭЛ |
’ |
где С„з — емкость |
измеряемого |
объекта; Сэл — емкость входной |
||
цепи электрометра. |
|
|
|
|
При этом измерение заряда сводится к измерению напряжения |
||||
на электрометре |
_ |
|
|
_ _ _ _ 1_ _ _ _ |
j j |
Q |
Q |
||
|
|
Сэл + Сцэ |
Снз |
1 -)- Сэл/СИз |
157
Считая, что напряжение на измерительной |
системе UU3 — |
— Q/Сэл, получим |
" 3 |
1 + СЭЛ/С„3 |
|
С помощью электрометра можно быстро и достаточно точно оп ределить распределение в пространстве электрического поля, ис пользуя в качестве датчика небольшой металлической шарик и измеряя его потенциал. В работе [32] рассмотрено измерение по верхностного заряда с помощью электрометра путем размещения исследуемого образца в зазоре воздушного конденсатора с пло
щадью пластин |
5 К, значительно |
большей |
площади |
исследуемого |
|||||||
1 |
2 |
3 |
|
электрода 5 ЭЛ. |
Заряд |
электрета |
изме |
||||
|
ряется путем |
определения |
наведенного |
||||||||
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
потенциала Uu и емкостей системы |
|||||||
|
|
|
|
|
Уо— UH(Свх э+ |
Сэл -\- Ск), |
|
||||
|
|
|
|
где Свхэ — входная |
емкость |
электро |
|||||
|
|
|
|
метра; |
Сэл — емкость |
электрета; |
Ск — |
||||
|
|
|
|
емкость |
конденсатора с воздушным ди |
||||||
|
|
|
|
электриком. |
|
|
|
|
|
|
|
Рис. |
4-13. Продольное се |
Измерение |
малых |
зарядов, |
удален |
||||||
чение жесткого |
кабеля |
ных от измерительного прибора, |
затруд |
||||||||
|
|
|
|
няется |
из-за необходимости учета емко |
сти кабеля и наведенного на нем заряда. Применение соединитель ного кабеля обусловлено в большинстве случаев тем, что выносную головку электрометра невозможно достаточно близко расположить от измеряемого объекта. Использование для этих целей высокоча стотных кабелей типа РК приводит к большим погрешностям из-за генерирования паразитных токов до 10 нА от трения внешней экранной оплетки о диэлектрик кабеля.
Утечка зарядов через сопротивление изоляции диэлектрика, используемого в качестве изоляционного материала может привес ти к потере заряда. Для измерения малых зарядов часто применя
ют соединительную линию в |
виде |
металлической трубы 1, внутри |
|||||
которой |
проходит потенциальный |
проводник |
3, укрепленный |
на |
|||
тонких дисковых |
электродах |
2 (рис. 4-13). |
Для снижения пара |
||||
зитных |
э. д. с. |
трубу 1 и |
центральный проводник 3 |
делают |
из |
||
одного итого же |
материала |
(например, посеребренной |
меди). |
|
При выборе материала для дисковых изоляторов 2 стараются обеспечить высокие объемные и поверхностные сопротивления и исключить всевозможные поляризационные эффекты. Обычно для этой цели применяют сапфир или окись магния MgO. Неплохие результаты получаются при использовании органических диэлек триков, таких, как эскапон, янтарь и пр., производя их обработку с применением мер предосторожности от появления загрязнения. Для устранения вибраций такую соединительную линию обычно крепят при помощи амортизаторов.
158