Резонансные измерители индуктивностей

Резонансные методы позволяют измерять параметры высокочастотных катушек индуктивности в диапазоне их рабочих частот. Схемы и способы измерений аналогичны применяемым при резонансных измерениях ёмкостей конденсаторов с учётом, конечно, специфики объектов измерений.

Рис. 7. Резонансная схема измерения индуктивностей с отсчётом по шкале генератора

Исследуемая катушка индуктивности может включаться в высокочастотный генератор как элемент его колебательного контура; В этом случае индуктивность L_x определяется на основе показаний частотомера, измеряющего частоту колебаний генератора.

Чаще катушку L_x подключают к измерительному контуру, связанному с источником высокочастотных колебаний, например генератором (рис. 2) или входной цепью радиоприёмника, настроенного на частоту радиовещательной станции (рис. 8). Предположим, что измерительный контур состоит из катушки связи L с подстроечным сердечником и конденсатора переменной ёмкости С_о.

Рис. 8. Схема измерения ёмкостей резонансным методом с помощью радиоприёмника

Тогда применима следующая методика измерений. Измерительный контур при максимальной ёмкости С_о1 конденсатора С_о регулировкой индуктивности L настраивают в резонанс с известной частотой f источника колебаний. Затем в контур последовательно с его элементами включают катушку L_x, после чего резонанс восстанавливают уменьшением ёмкости Со до некоторого значения С_о2. Измеряемую индуктивность рассчитывают по формуле

L_х = [1/(2*& pi*f)²] * (С_о1-С_о2)/(С_о1С_о2).

В широкодиапазонных резонансных измерителях измерительный контур составляется из опорного конденсатора С_о и исследуемой катушки L_x. Контур связывают индуктивно, а чаще через конденсатор С₁ небольшой ёмкости (рис. 7 и 9) с высокочастотным генератором. Если известна частота колебаний генератора f₀, соответствующая резонансной настройке контура, то измеряемая индуктивность определяется формулой

L_х = 1/[(2*π *f_о)²*C_о]. (3)

Возможны два варианта построения измерительных схем. В схемах первого варианта (рис. 7) конденсатор С_о берётся постоянной ёмкости, а резонанс достигается изменением настройки генератора, работающего в плавном диапазоне частот. Каждому значению L_x отвечает определённая резонансная частота

f₀ = 1/(2*π *(L_xC_x)^{0, 5}), (4)

поэтому контурный конденсатор генератора можно снабдить шкалой с отсчётом в значениях L_x. При широком диапазоне измеряемых индуктивностей генератор должен иметь несколько частотных поддиапазонов с отдельными шкалами для оценки L_x на каждом поддиапазоне. Если в приборе используется генератор, имеющий шкалу частот, то для определения L_x по значениям f₀ и С_о можно составить таблицы или графики.

Для исключения влияния собственной ёмкости C_L катушки на результаты измерений ёмкость С_о должна быть большой; с другой стороны, ёмкость С_ожелательно иметь малой, чтобы обеспечить при измерении малых индуктивностей достаточно большое отношение L_x/C_о, необходимое для получения заметных показаний индикатора при резонансе. Практически берут С_о = 500...1000 пФ.

Если высокочастотный генератор работает в ограниченном диапазоне частот, не разбитом на поддиапазоны, то для расширения пределов измерения индуктивностей применяют несколько переключаемых конденсаторов С_о; если их ёмкости различаются в 10 раз, то на всех пределах оценка L_x может производиться по одной и той же шкале генератора с использованием множителей к ней, кратных 10. Однако такая схема имеет существенные недостатки.

Измерение относительно больших индуктивностей, имеющих значительную собственную ёмкость C_L, происходит на пределе с малой ёмкостью С_о, и, наоборот, измерение малых индуктивностей производится на пределе с большой ёмкостью С_о при невыгодном отношении L_x/C_о и малом резонансном напряжении на контуре.

Рис. 9. Резонансная схема измерения индуктивностей с отсчётом по шкале опорного конденсатора

В резонансных измерителях, схемы которых выполнены по второму варианту (рис. 9), индуктивности измеряются при фиксированной частоте генератора f₀. Измерительный контур настраивают в резонанс с частотой генератора с помощью конденсатора переменной ёмкости С_о, отсчёт по шкале которого в соответствии с формулой (3) может производиться непосредственно в значениях L_x. Если обозначить через С_м и С_н соответственно максимальную и начальную ёмкости контура, а через L_м и L_н - максимальное и наименьшее значения измеряемых индуктивностей, то пределы измерения прибора будут ограничиваться отношением

L_м/L_н = С_м/С_н.

Типовые конденсаторы переменной ёмкости имеют перекрытие по ёмкости, равное примерно 30. С целью уменьшения погрешности при измерении больших индуктивностей начальную ёмкость С_н контура увеличивают посредством включения в контур дополнительного конденсатора С_д, обычно подстроечного типа.

Если обозначить через Δ С_о наибольшее изменение ёмкости конденсатора С_о, равное разности его ёмкостей при двух крайних положениях ротора, то для получения выбранного отношения L_м/L_н контур должен иметь начальную ёмкость

C_н = Δ C_о: (L_м/L_н-1). (5)

Например, при Δ С_о = 480 пФ и отношении L_м/L_н = 11 получаем С_н = 48 пФ. Если значения С_н и L_м/L_н при расчёте являются исходными данными, то необходимо применить конденсатор С_о, имеющий разность ёмкостей

Δ C_о ≥ C_н(L_м/L_н-1).

При больших значениях С_н и L_м/L_н может потребоваться применение сдвоенного или строенного блока конденсаторов переменной ёмкости.

Частота f₀, на которой должен работать генератор, определяется формулой (4) при подстановке в неё значений L_м и С_н или L_н и С_м. Для расширения общего диапазона измерений предусматривают работу генератора на нескольких переключаемых фиксированных частотах. Если соседние частоты генератора различаются в 10^{0, 5} ≈ 3, 16 раза, то на всех пределах можно использовать общую шкалу индуктивностей конденсатора С_о с множителями к ней, кратными 10 и определяемыми установкой переключателя частот (рис. 9). Плавное перекрытие всего диапазона измеряемых индуктивностей обеспечивается при отношении ёмкостей контура C_м/C_н ≥ 10. Если конденсатор С_о логарифмического типа, то шкала индуктивностей близка к линейной.

Вместо генератора фиксированных частот можно применить измерительный генератор с плавным изменением частоты, которую устанавливают в зависимости от требуемого предела измерения индуктивностей.

Резонансные схемы измерения индуктивностей и ёмкостей часто совмещаются в одном приборе, поскольку они имеют ряд идентичных элементов и сходную методику измерений.

Пример. Рассчитать резонансный измеритель индуктивностей, работающий по схеме на рис. 9, на диапазон измерений 0, 1 мкГн - 10 мГн при использовании сдвоенного блока переменных конденсаторов, ёмкость секций которого можно изменять от 15 до 415 пФ.

Решение
1. Наибольшее изменение ёмкости контура Δ С_о = 2*(415-15) = 800 пФ.

2. Выбираем отношение L_м/L_н = 11. Тогда прибор будет иметь пять пределов измерений: 0, 1-1, 1; 1-11; 10-110; 100-1100мкГ и 1-11 мГн.

3. Согласно (5) контур должен иметь начальную ёмкость С_н = 800/10 = 80 пФ. Учитывая начальную ёмкость блока конденсаторов, равную 30 пФ, включаем в контур подстроечный конденсатор С_д с максимальной ёмкостью 50...80 пФ.

4. Максимальная ёмкость контура С_м = С_н + Δ С_о = 880 пФ.

5. Согласно (4) на первом пределе измерений генератор должен работать на частоте
f₀₁ = 1/(2*π *(L_нC_м)^{0, 5}) ≈ 0, 16*(0, 1*10^-6*880*10^-12) ≈ 17 МГц.
Для других пределов измерений находим соответственно: f₀₂ = 5, 36 МГц; f₀₃ = 1, 7 МГц; f₀₄ = 536 кГц; f₀₅ = 170 кГц.

6. Шкалу индуктивностей выполняем для предела измерений 1-11 мкГн.

⇐ Предыдущая20212223242526272829Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. ВОПРОС. ХОЗЯЙСТВЕННЫЙ УЧЕТ. ЕГО ИЗМЕРИТЕЛИ И ВИДЫ.
2. Измерение индуктивностей методом вольтметра - амперметра
3. Измерители добротности (куметры)
4. Резонансные измерители ёмкостей
5. Резонансные режимы в цепях синусоидального тока