Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


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 Lx определяется на основе показаний частотомера, измеряющего частоту колебаний генератора.

Чаще катушку Lx 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 Со.

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

Тогда применима следующая методика измерений. Измерительный контур при максимальной ёмкости Со1 конденсатора Со регулировкой индуктивности L настраивают в резонанс с известной частотой f источника колебаний. Затем в контур последовательно с его элементами включают катушку Lx, после чего резонанс восстанавливают уменьшением ёмкости Со до некоторого значения Со2. Измеряемую индуктивность рассчитывают по формуле

Lх = [1/(2*& pi*f)2] * (Со1о2)/(Со1Со2).

В широкодиапазонных резонансных измерителях измерительный контур составляется из опорного конденсатора Со и исследуемой катушки Lx. 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

Lх = 1/[(2*π *fо)2*Cо]. (3)

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

f0 = 1/(2*π *(LxCx)0, 5), (4)

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

Для исключения влияния собственной ёмкости CL катушки на результаты измерений ёмкость Со должна быть большой; с другой стороны, ёмкость Сожелательно иметь малой, чтобы обеспечить при измерении малых индуктивностей достаточно большое отношение Lx/Cо, необходимое для получения заметных показаний индикатора при резонансе. Практически берут Со = 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 Со; если их ёмкости различаются в 10 раз, то на всех пределах оценка Lx 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 CL, происходит на пределе с малой ёмкостью Со, и, наоборот, измерение малых индуктивностей производится на пределе с большой ёмкостью Со при невыгодном отношении Lx/Cо 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 Со, отсчёт по шкале которого в соответствии с формулой (3) может производиться непосредственно в значениях Lx. Если обозначить через См и Сн соответственно максимальную и начальную ёмкости контура, а через Lм и Lн - максимальное и наименьшее значения измеряемых индуктивностей, то пределы измерения прибора будут ограничиваться отношением

Lм/Lн = Смн.

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

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

Cн = Δ Cо: (Lм/Lн-1). (5)

Например, при Δ Со = 480 пФ и отношении Lм/Lн = 11 получаем Сн = 48 пФ. Если значения Сн и Lм/Lн при расчёте являются исходными данными, то необходимо применить конденсатор Со, имеющий разность ёмкостей

Δ Cо ≥ Cн(Lм/Lн-1).

При больших значениях Сн и Lм/Lн 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 Lм и Сн или Lн и См. Для расширения общего диапазона измерений предусматривают работу генератора на нескольких переключаемых фиксированных частотах. Если соседние частоты генератора различаются в 100, 5 ≈ 3, 16 раза, то на всех пределах можно использовать общую шкалу индуктивностей конденсатора Со с множителями к ней, кратными 10 и определяемыми установкой переключателя частот (рис. 9). Плавное перекрытие всего диапазона измеряемых индуктивностей обеспечивается при отношении ёмкостей контура Cм/Cн ≥ 10. Если конденсатор Со 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 Со = 2*(415-15) = 800 пФ.

2. Выбираем отношение Lм/Lн = 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 Сн = 800/10 = 80 пФ. Учитывая начальную ёмкость блока конденсаторов, равную 30 пФ, включаем в контур подстроечный конденсатор Сд с максимальной ёмкостью 50...80 пФ.

4. Максимальная ёмкость контура См = Сн + Δ Со = 880 пФ.

5. Согласно (4) на первом пределе измерений генератор должен работать на частоте
f01 = 1/(2*π *(LнCм)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.


Поделиться:



Популярное:

Последнее изменение этой страницы: 2016-05-29; Просмотров: 1636; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.012 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь