Измерители добротности (куметры)

⇐ ПредыдущаяСтр 26 из 54Следующая ⇒

Приборы, предназначенные для измерения добротности элементов высокочастотных цепей, часто называют куметрами. Действие куметров основано на использовании резонансных явлений, что позволяет измерение добротности сочетать с измерением индуктивности, ёмкости, собственной резонансной частоты и ряда других параметров испытуемых элементов.

Куметр, упрощённая схема которого приведена на рис. 10, содержит три основных компонента: генератор высокой частоты, измерительный контур и индикатор резонанса. Генератор работает в широком, плавно перекрываемом диапазоне частот, например от 50 кГц до 50 МГц; это позволяет многие измерения проводить на рабочей частоте испытуемых элементов.

Исследуемая катушка индуктивности L_x, R_x через зажимы 1 и 2 включается в измерительный контур последовательно с опорным конденсатором переменной ёмкости С_о и конденсатором связи С₂; ёмкость последнего должна удовлетворять условию: С₂ > > С_о.м, где С_о.м - максимальная ёмкость конденсатора С_о. Через ёмкостный делитель C₁, С₂ с большим коэффициентом деления

N = (C₂ + C₁)/C₁

в контур вводится от генератора опорное напряжение U_о требуемой высокой частоты f. Возникающий в контуре ток создаёт падение напряжения U_С на конденсаторе С_о, которое измеряется высокочастотным вольтметром V2.

Входное сопротивление вольтметра V2 в пределах рабочих частот куметра должно быть очень велико. При достаточно высокой чувствительности вольтметр подключают к измерительному контуру через ёмкостный делитель напряжения, входную ёмкость которого учитывают как компонент начальной ёмкости конденсатора С_о. Поскольку все конденсаторы, входящие в состав измерительного контура, имеют весьма малые потери, то можно считать, что активное сопротивление контура в основном определяется сопротивлением потерь R_x исследуемой катушки.

Рис. 10. Упрощённая схема куметра

Изменением ёмкости конденсатора С_о измерительный контур настраивают в резонанс с частотой генератора f по максимальным показаниям вольтметра V2. При этом в контуре будет протекать ток I_р ≈ U_о/R_x, создающий на конденсаторе падение напряжения

U_C = I_p/(2*π *f*C_о) ≈ U_о/(2*π *f*C_оR_x).

Учитывая, что при резонансе 1/(2*π *f*С_о) = 2*& pi*f*L_x, находим

UC ≈ U_o(2*π *f*L_x)/R_x = U_оQ_L,

где Q_L = (2*π *f*L_x)/R_x есть добротность катушки L_x при частоте f. Следовательно, показания вольтметра V2 пропорциональны добротности Q_L. При фиксированном напряжении U_о шкалу вольтметра можно линейно градуировать в значениях Q_L ≈ U_C/U_о. Например, при U_о = 0, 04 В и пределе измерений вольтметра U_п = 10 В напряжениям на входе вольтметра 2, 4, 6, 8 и 10 В будут соответствовать добротности Q_L, равные 50, 100, 150, 200 и 250.

Номинальное напряжение U_о устанавливают регулировкой режима выходного каскада генератора. Контроль этого напряжения осуществляют по показаниям высокочастотного вольтметра V1, измеряющего напряжение U₁ = U_оN на выходе генератора. Например, если шкала добротностей вольтметра V2 выполнена при напряжении Uо = 0, 04 В, а коэффициент деления N = 20, то на выходе генератора должно поддерживаться напряжение U_x = 0, 04*20 = 0, 8 В. Предел измерений вольтметра V1 должен несколько превышать расчётное значение напряжения U₁ и равен, например, 1 В.

Повышение верхнего предела измерения добротностей достигается уменьшением напряжения U_о до значения, в несколько раз меньшего номинального. Предположим, что при напряжении U_о = 0, 04 В обеспечивается непосредственный отсчёт добротностей до значения Q_L = 250. Если же уменьшить напряжение U_о в два раза, до 0, 02 В, то стрелка вольтметра V2 будет отклоняться на всю шкалу при добротности Q_L = U_п/U_о = 10/0, 02 = 500. Соответственно для повышения верхнего предела измерений в четыре раза, до значения Q_L = 1000, измерения следует проводить при напряжении U_о = 40/4 = 10 мВ.

Уменьшить напряжение U_о до требуемого значения можно двумя способами: изменением коэффициента деления N посредством переключения конденсаторов С₁ различных номиналов либо регулировкой выходного напряжения U₁ генератора. Для удобства измерения больших добротностей вольтметр V1 (или переключатель коэффициентов деления) снабжают шкалой (маркировкой), отсчёт по которой, характеризующий степень уменьшения напряжения U_о по сравнению с его номинальным значением, является множителем к шкале добротностей вольтметра V2.

В куметрах промышленного изготовления погрешность измерения добротности составляет 5-10%. Она увеличивается при испытании катушек с высокой добротностью и большой собственной ёмкостью. Погрешность возрастает и с повышением частоты вследствие уменьшения входного сопротивления вольтметров и усиления влияния паразитных наводок на измерительный контур. Для уменьшения этих наводок генератор тщательно экранируют, весь прибор в целом также помешают в экран; испытуемые элементы присоединяют к прибору жёсткими проводниками, а их экраны надёжно соединяют с металлическим кожухом прибора. Неэкранированные катушки при испытании по возможности удаляют от кожуха прибора.

Для проверки работы куметра и расширения его возможностей используют опорные катушки L_о с известными индуктивностью и добротностью. Обычно имеется комплект из нескольких сменных катушек L_о, которые вместе с конденсатором переменной ёмкости С_о обеспечивают резонансную настройку измерительного контура в пределах всего диапазона рабочих частот генератора.

При измерении добротности катушек индуктивности Q_L за 10-15 мин до начала работы включают питание прибора и настраивают генератор на требуемую частоту. После прогрева производят установку нуля вольтметров V1 и V2. Испытуемую катушку подключают к зажимам 1 и 2. Постепенным повышением выходного напряжения генератора добиваются отклонения стрелки вольтметра V1 до отметки номинала. Конденсатором Со настраивают контур в резонанс с частотой генератора. Если при этом стрелка вольтметра V2 заходит за шкалу, выходное напряжение генератора уменьшают. Значение добротности Q_L определяют как произведение отсчётов по шкале добротностей вольтметра V2 и по шкале множителей вольтметра V1.

Добротность колебательного контура Q_K измеряют в том же порядке при подключении катушки контура к зажимам 1 и 2, а его конденсатора - к зажимам 3 и 4. При этом конденсатор С_о устанавливают в положение минимальной ёмкости. Если конденсатор исследуемого контура имеет переменную ёмкость, то им производят настройку контура в резонанс на требуемую частоту генератора f; если этот конденсатор постоянный, то резонансную настройку осуществляют изменением частоты генератора.

Измерение куметром индуктивности катушек L_x производят способом, рассмотренным выше в связи со схемой на рис. 9. Генератор настраивают на опорную частоту, выбираемую согласно таблице в зависимости от ожидаемого значения L_x. Испытуемую катушку подключают к зажимам 1 и 2 Измерительный контур настраивают в резонанс конденсатором С_о, по специальной шкале которого оценивают значение L_x с учётом цены деления, указанной в таблице. Одновременно способом вариации параметров контура можно определить и собственную ёмкость катушки C_L. При двух произвольных значениях ёмкостей С₀₁ и С₀₂ конденсатора С_о изменением настройки генератора находят резонансные частоты контура f₁ и f₃. Искомая ёмкость

C_L = (C₀₂f₄²-C₀₁f₁²): (f₁²-f₂²)

Измерение куметром ёмкостей выполняют методом замещения. Испытуемый конденсатор С_хприсоединяют к зажимам 3 и 4, а к зажимам 1 и 2 подключают одну из опорных катушек L_о, обеспечивающую резонансную настройку контура в выбранном диапазоне частот. Одновременно можно определить и тангенс угла потерь (добротность) конденсатора:

tg δ = 1/(2*π *f*C_xR_п)

(где R_п - сопротивление потерь). Для этого при двух значениях ёмкостей C₀₁ и С₀₂, соответствующих резонансным настройкам контура без конденсатора С_х и при подключении последнего, находят добротности контура Q₁ и Q₂, а затем совершают вычисление по формуле

tg δ = Q₁Q₂/(Q₁-Q₂) * (C₀₁-C₀₂)/C₀₁

При необходимости генератор куметра можно использовать в качестве измерительного генератора, а электронные вольтметры - для измерения напряжений в широком диапазоне частот.

УРОК № 32

⇐ Предыдущая 21 22 23 24 252627 28 29 30 Следующая ⇒