Измерение индуктивности, емкости и полных сопротивлений

Маркировка соответствующих приборов начинается с символов: Е3 – измерители индуктивности, Е4 – измерители добротности, Е7 – измерители универсальные, Е8 – измерители емкости.

Процессы измерения как индуктивности и емкости, так и полных сопротивлений взаимосвязаны, поскольку любые реальные конденсатор и катушка кроме своего собственного основного параметра характеризуются еще и параметрами паразитными, к которым прежде всего относится сопротивление потерь. Наличие последнего на эквивалентных схемах реальных реактивных элементов традиционно учитывается изображением резистора, учитывающего потери и включенного последовательно с идеальными конденсатором или индуктивностью.

В результате в реальном конденсаторе ток опережает напряжение на угол, меньший 90°. Угол d, численно равный этому угловому отклонению от 90°, называется углом диэлектрических потерь. Чем больше сопротивление потерь, тем больше угол d и, соответственно, tgd, поскольку тангенс – функция, монотонно возрастающая. Таким образом, реальный конденсатор может быть полностью охарактеризован его емкостью С и тангенсом угла диэлектрических потерь tgd, который численно равен отношению падения напряжения на сопротивлении потерь к падению напряжения на собственной емкости.

Для реальных катушек индуктивности измеряют значение индуктивности L и сопротивления потерь R или добротности Q=wL/R. Таким образом, для измерения параметров реальных конденсаторов и катушек индуктивности необходимы методы, позволяющие раздельно измерять активную и реактивную составляющие комплексного сопротивления. Наиболее часто для этих целей применяют мостовые методы, но естественно, на переменном токе.

Отличия моста переменного тока (рис. 2.45) от моста постоянного тока: в его плечах стоят двухполюсники с полным (в общем случae) сопротивлениями ; в качестве источника питания используется низкочастотный генератор переменного (гармонического) напряжения u; нулевым индикатором И могут служить вольтметр, осциллограф или головные телефоны.

    Равновесие моста переменного тока в силу абсолютной схожести его структуры с мостом постоянного тока достигается, естественно, при том же условии

Переходя к показательной форме записи комплексных сопротивлений, получаем

где Z и j - модули полных сопротивлений плеч и фазовые сдвиги между током и напряжением в соответствующих плечах.

Последнее соотношение распадается на два независимых условия баланса моста переменного тока:

1) Z1Z3= Z2Z4; 2) j1 + j3=j2 + j4.

    Следовательно, мост переменного тока нужно уравновешивать регулировкой активной и реактивной составляющих сопротивлений плеч, т.е. равновесие осуществляется отдельно по модулям и по фазам. Поскольку изменение активных и реактивных составляющих сопротивлений плеч одновременно влияет и на модуль, и на фазу, то мост можно привести в равновесие лишь метолом последовательных приближений. Число поочередных регулировок обоих параметров характеризует сходимость моста.

Из второго условия равновесия следует: если в первое и третье плечи включены резисторы, то во втором и четвертом должны находиться реактивные сопротивления разных знаков; если в смежных плечах стоят резисторы, то в остальные смежные плечи должны быть включены реактивные сопротивления одного знака; одновременно во все плечи можно включать двухполюсники с сопротивлениями одинакового характера. Мосты переменного тока имеют классы точности 0, 1; 0, 2 и т.д.

В мосте для измерения емкостей и тангенсов углов диэлектрических потерь конденсаторов (рис. 2.46) приняты следующие обозначения: R₁ и R₂ – магазины сопротивлений; С_X – измеряемый конденсатор (r_x – сопротивление потерь); С_обр –образцовый конденсатор (его собственное сопротивление близко к нулю); r_обр – плавнопеременный резистор с малым сопротивлением.

При балансе (И=0)

   

 

 

 

Откуда, приравнивая по отдельности вещественные и мнимые части слева и справа, получаем

где jX и jобр – фазовые сдвиги в третьем (измеряемом) и четвертом (образцовом) плечах моста.

Угол диэлектрических потерь

а его тангенс

Таким образом, изменение отношения R₁/R₂ позволяет найти величину С_X, а подстройка сопротивления rобр – значение tg d_X.

В мосте для измерения индуктивностей и добротностей катушек индуктивности (рис. 2.47) приняты следующие обозначения: R₂ и R₄ - магазины сопротивлений, L_X - измеряемая катушка индуктивности (R_X - ее сопротивления потерь); С_обр – образцовый конденсатор (его собственное сопротивление потерь близко к нулю); R_обр - плавнопеременный резистор с большим сопротивлением. Использование в данном мосте (как в предшествующем) образцового конденсатора (а не образцовой катушки индуктивности) обусловлено тем, что изготовить конденсатор с образцово низкими потерями несравненно проще, нежели аналогичную катушку.

    При балансе (И=0)

             

 

Откуда, приравнивая по отдельности вещественные и мнимые части слева и справа, получаем

 

L_X = R₂R₄C_обр;

 

 

 

 

                           

Таким образом, изменение произведения R₂R₄ позволяет найти величину L_X, а подстройка сопротивления R_обр – значение добротности Q_X.

Рассмотренные схемы мостов переменного тока конструктивно объединяют в универсальных мостах для измерения индуктивности, емкости, сопротивления, добротности и тангенса угла потерь, в которых путем внешних переключений можно получить схему требуемого моста, в том числе и моста постоянного тока, Универсальные мосты питаются низкочастотным гармоническим напряжением (обычно частоты 100 или 1000 Гц). Мосты переменного тока (как и постоянного) также могут выполняться автоматическими с цифровой индикацией по модулю и по фазе. Они соответственно имеют два параллельных измерительных канала сигнала рассогласования с моста, каждый из которых по цепи обратной связи формирует свое управляющее воздействие на управляемые элементы мостовой схемы (см. рис.2.47).

Для измерения индуктивности, емкости и их параметров кроме мостовых методов применяют также резонансный метод, который заключается в определении резонансной частоты, параллельного колебательного контура, состоящего из образцового и измеряемого элементов (рис. 2.48). Изменяя частоту f гармонического напряжения с генератора Г и величину емкости Собр образцового конденсатора переменной емкости (их текущие значения считывают со шкал генератора и образцового конденсатора), добиваются резонанса (по максимуму показаний вольтметра). После чего расчетным путем находят результат косвенного измерения индуктивности по формуле

,

полученной из известного соотношения для резонансной частоты колебательного контура.

При измерении емкости используется та же схема (см. рис. 2.48), но вместо L_X включают постоянную катушку индуктивности L₀. Устанавливают по шкале образцового конденсатора максимальное значение емкости C¢ _обр. Изменяя частоту f напряжения с генератора Г, настраивают контур в резонанс. Затем параллельно образцовому конденсатору С_обр подключают измеряемый конденсатор С_X, что, естественно, приводит к «уходу» резонанса. Не меняя частоты с напряжения генератора, вновь настраивают контур в резонанс, но уже изменением емкости конденсатора С_обр, которую приходится уменьшать. Фиксируют по шкале последнего новый, соответствующий второму резонансу, отсчет С¢ ¢ _обр. Очевидно, что в этом случае результат косвенного измерения емкости С_X = C¢ _обр - С¢ ¢ _обр.

 

Контрольные вопросы к разделу 2

 

1. Какие вольтметры называют аналоговыми?

2. Какие вольтметры называют электромеханическими?

3. Какие вольтметры называют электронными?

4. Структурная схема электромеханического вольтметра.

5. Структурная схема электронного вольтметра.

6. Как влияет на погрешность измерения постоянного напряжения усилитель электронного вольтметра?

7. Структурная схема электронного вольтметра переменного напряжения.

8. Как измеряют амплитудное значение переменного или импульсного напряжения аналоговым вольтметром?

9. Как измеряют среднее значение переменного или импульсного напряжения аналоговым вольтметром?

10. Как измеряют среднее значение переменного или импульсного напряжения аналоговым вольтметром?

11. Как измеряют действующее значение переменного напряжения аналоговым вольтметром?

12. Структурная схема цифрового вольтметра.

13. Структурная схема цифрового вольтметра с двухтактным интегрированием.

14. Как повысить точность интегрирующего цифрового вольтметра при наличии сетевой помехи?

15. Цифроаналоговый преобразователь с взвешенным суммированием токов.

16. Цифроаналоговый преобразователь схемы R-2R.

17. Аналого-цифровойпреобразователь последовательного счёта.

18. Аналого-цифровойпреобразователь параллельного счёта.

19. Аналого-цифровойпреобразователь последовательно-параллельного счёта.

20. Конденсаторный частотомер.

21. Резонансный частотомер.

22. Электронно-счётный частотомер.

23. Электронно-счётный периодомер.

24. Цифровой хронометр.

25. Цифровой таймер.

26. Электронный фазометр.

27. Измерение сдвига фаз электронно-лучевым осциллографом в режиме линейной развертки.

28. Измерение сдвига фаз электронно-лучевым осциллографом в режиме синусоидальной развертки.

29. Цифровой фазометр компенсационного типа.

30. Цифровой фазометр прямого преобразования.

31. Измеритель нелинейных искажений.

32. Задающий генератор на биениях.

33. Задающий генератор на операционных усилителях.

34. Цифровой генератор сигналов.

35. Устройство электронно-лучевого осциллографа.

36. Измерение сопротивления методом амперметра-вольтметра.

37.  Электромеханический омметр с последовательным соединением резистора и миллиамперметра.

38. Электромеханический омметр с параллельным соединением резистора и миллиамперметра.

39. Электронные омметры на операционных усилителях.

40. Измерение сопротивления с помощью моста постоянного тока.

41. Измерение сопротивления с помощью двойного моста постоянного тока.

42. Измерение ёмкости и тангенса угла потерь.

43. Измерение индуктивности и добротности.

44. Измерение индуктивности и ёмкости резонансным методом.

Стандартизация

Основы стандартизации

3.1.1. Основные понятия и определения

Нормативный документ - документ, содержащий правила, общие принципы, характеристики, касающиеся определенных видов деятельности или их результатов, и доступный широкому кругу потребителей.

Нормативный документ по стандартизации, разработанный на основе согласия, характеризующегося отсутствием возражений по существенным вопросам у большинства заинтересованных сторон и утвержденный признанным органом – стандарт.

Предмет (продукция, процесс, услуга), подлежащий или подвергшийся стандартизации называется объектом стандартизации.

Нормативные документы по стандартизации: применяемые в установленном порядке международные стандарты (рекомендации), государственные стандарты РФ, отраслевые стандарты, стандарты предприятий, общероссийские классификаторы технико-экономической информации, стандарты общественных объединений.

Государственный стандарт РФ - национальный стандарт, утвержденный Государственным комитетом РФ по стандартизации, метрологии и сертификации или Министерством архитектуры, строительства и жилищно-коммунального хозяйства РФ (Минстрой России).

Качество - совокупность характеристик объекта, относящихся к его способности удовлетворять установленные и предполагаемые потребности.

Потребность - отношение человека (общества) к элементам объективной действительности с целью их потребления или использования.

 

Принципы стандартизации:

соответствие требований стандартов нормам законодательства;

комплексность стандартизации взаимосвязанных объектов;

оптимальность требований, включаемых в стандарты.

 

К принципам стандартизации не относятся утверждения:

утвержденный стандарт не может быть отменен;

стандарты должны ориентироваться на потребителей, а не на производителей.

 

3.1.2. Правовые основы стандартизации в РФ. Государственный контроль и надзор за соблюдением требований государственных стандартов

Государственный контроль и надзор за соблюдением требований стандартов осуществляют Государственные инспекторы Госстандарта.

Федеральный фонд государственных стандартов, общероссийских классификаторов технико-экономической информации, международных стандартов и рекомендаций по стандартизации находится под юрисдикцией Госстандарта России.

Действие закона РФ " О стандартизации" не распространяется на государственные образовательные стандарты, государственные стандарты социального обслуживания.

Если международным договором Российской Федерации установлены иные правила, чем те, которые содержатся в законодательстве Российской Федерации о стандартизации, то применяются правила международного договора.

Государственное управление стандартизацией в Российской Федерации осуществляет Комитет Российской Федерации по стандартизации, метрологии и сертификации (Госстандарт России).

Формирует и реализует государственную политику в области стандартизации в РФ Комитет Российской Федерации по стандартизации, метрологии и сертификации (Госстандарт России).

Государственный контроль и надзор за соблюдением обязательных требований государственных стандартов в РФ осуществляет Комитет Российской Федерации по стандартизации, метрологии и сертификации (Госстандарт России).

В работах по международной (региональной) стандартизации участвует Комитет Российской Федерации по стандартизации, метрологии и сертификации (Госстандарт России).

 

Профессиональную подготовку и переподготовку кадров в области стандартизации организует Комитет Российской Федерации по стандартизации, метрологии и сертификации (Госстандарт России).

 

Правила применения международных (региональных) стандартов, правил, норм и рекомендаций по стандартизации на территории Российской Федерации устанавливает Комитет Российской Федерации по стандартизации, метрологии и сертификации (Госстандарт России).

 

Общие организационно-технические правила проведения работ по стандартизации, формы и методы взаимодействия субъектов хозяйственной деятельности друг с другом, с государственными органами управления в государственных стандартах государственной системы стандартизации устанавливает Комитет Российской Федерации по стандартизации, метрологии и сертификации (Госстандарт России).

 

Российскую Федерацию в международных (региональных) организациях, осуществляющих деятельность по стандартизации, представляет Комитет Российской Федерации по стандартизации, метрологии и сертификации (Госстандарт России).

 

⇐ Предыдущая12345678

Поделиться: