Мосты для измерения емкости и угла потерь

Рис.4. Эквивалентные схемы замещения конденсатора с потерями

а – последовательная схема замещения;

б – параллельная схема замещения

При измерении емкости, например конденсатора, следует учитывать, что он обычно обладает потерями, т. е. в нем поглощается активная мощность. Реальный конденсатор можно представить в виде экви­валентной схемы в виде идеальной емкости, последовательно или параллельно соединенной с активным сопротивлением, обуслов­ливающим возникновение эквивалентных потерь. Схемы и векторные диаграммы представлены на рис.4. В результате потерь ток в цепи та­кого конденсатора опережает напряжение на угол меньший 90°. Для схемы рис.4.а, а для схемы рис. 4.б.

Таблица. К измерению емкости и индуктивности с помощью моста переменного тока

№	Назначение моста	Плечи моста
	Измерение емкости и угла потерь конденсатора с малыми потерями
	Измерение емкости и угла потерь конденсатора с большими потерями. Точка соединения в (см. рис.1) заземляется
	Измерение угла потерь изоляционных материалов при высоком напряжении
	Измерение индуктивности с использованием образцовой катушки индуктивности (при)
	Измерение индуктивности с использованием образцовой катушки индуктивности (при)
	Измерение индуктивности с использованием образцового конденсатора

Рис.5. Схема моста для измерения емкости и угла потерь

с последовательным включением С_N и R_N

Измерение емкости конденсатора с малыми потерями осуществляется по схеме, показанной на рис. 5. В этом случае из приведенной таблицы использована схема № 1. Используя выражение равновесия моста переменного тока (1) можно получить условия равновесия моста

(16)

Угол потерь определяется на основании выражения

(17)

Измерения производятся следующим образом. Установив, изменяют отношение со­противлений плеч до тех пор, пока нуль-индикатор не укажет наименьший ток. Затем переходят к регулировке сопротивления магазина, добиваясь дальнейшего уменьшения тока в нуль-индикаторе. После вновь изменяют отношение сопро­тивлений. Такие операции повторяются до тех пор, пока не будет найдено положение равновесия.

Для измерения емкости конденсаторов с большими потерями применяют схему № 2 см. таблицу). В этом случае используют параллельное подключение резистора и конденсатора, т. к. введение после­довательно в плечо большого сопротивления уменьшает чувствительность схемы. Условие равновесия имеет вид

(18)

В этом случае угол потерь, выраженный через, равен

Для определения потерь в диаэлектриках, а именно в кабе­лях высокого напряжения, применяют мост, составленный по схеме №3 (см. таблицу). Заземление вершины в моста (рис. 1) позволяет обеспечить безопасность работы на мосте при питании его от источника высокого напряжения.

Для этого моста условия равновесия:

(19)

Угол потерь, выраженный через, описывается зависимостью

(20)

Мосты для измерения индуктивности и добротности. Одно из плеч моста, собранного по схемам № 4 или №5 (см. таблица), состоит из испытуемой катушкой с индуктивностью L_Xи активным сопротивлением R_X, а другое из образцовой катушки с индуктив­ностью L_Nи сопротивлением R_N. Резистор R при помощи пере­ключателя может быть включен последовательно с образцовой катушкой (схема № 5) или с катушкой с измеряемой индуктивно­стью (схема № 4) в зависимости от соотношения величин R_X и R_N. Если для получения равновесия включить резистор R последовательно с катушкой L_X, то условия равновесия будут иметь вид

(21)

Если же включить резистор R по­следовательно с катушкой L_N, то условия равновесия моста определяются по зависимостям

(22)

Измерение индуктивности L_Xможно произвести с помощьюобразцового конденсатора С (схема № 6 см. таблица). В этом случае условия равновесия описываются формулами

(23)

На основании полученных значений R_X и L_Xили R и Сможно вычислить добротность катушки

(24)

Рис.6. Схема шестиплечевого моста для измерения индуктивности и добротности

Четырехплечие мосты, основанные на использовании в плечах конден­саторов постоянной емкости и переменных резисторов дают удоб­ные прямые отсчеты значений измеряемых индуктивностей и ко­эффициентов добротности Q, однако они обладают плохой сходимо­стью при малых значениях коэффициентов добротности. Процесс уравновешивания становится затруднительным при, а при приведение моста в состояние равновесия практически невыполнимо. Шестиплечие мосты имеют лучшую сходимость при измерениях малых значе­ний коэффициента добротности.

Схема шестиплечего моста, предназначенного для измерения индуктивности и добротности, изображена на рис. 6. С целью вычисления условия равновесия моста заменим схему соединения треугольника с вершинами вгд эквивалентной схемой соединения звездой, как показано на рисунке. Это позволяет преобра­зовать шестиплечий мост в четырехплечий.

Из общего условия равновесия моста переменного тока можно получить выражения

(25)

Хорошая сходимость рассмотренного моста объясняется независи­мостью второго условия рав­новесия от сопротивления резистора R₅, т.е. регулирование моста резистором R₅, необходимое для выполнения первого условия, не приводит к нарушению усло­вия.

Универсальные мосты для измерения сопротивления, емкости, угла потерь, индуктивности и добротности. Универ­сальные мосты позволяют осуществлять измерения сопротив­лений на постоянном токе, емкости и угла потерь, индуктивности и добротности на переменном токе. Они содержат набор образцо­вых резисторов, конденсаторов и катушек индуктивностей посто­янного и переменного значения. За счет переключателя со­ставляется одна из рассмотренных выше схем моста. Универсальные мосты предназначаются для измерения со­противлений в широких пределах, емкости − от десятков пикофарад до ста микрофарад, − от тысячных долей до одной десятой, индуктивности − от единиц микрогенри до сотен генри и добротности — от единиц до нескольких сотен. Погрешность универсальных мостов зависит от измеряемой величины. Измере­ния параметров конденсаторов и катушек индуктивности в уни­версальных мостах обычно производится на частоте 1000 Гц.

Трансформаторные измерительные мосты для измерения ком­плексных сопротивлений. Четырехплечие трансформаторные из­мерительные мосты отличаются от рассмотренных мостов тем, что имеют индуктивно-связанные плечи в диагонали источника питания или в диагонали нуль-индикатора. Они применяются для измерения комплексных сопротивлений. Достоинством трансформаторных измерительных мостов яв­ляется то, что они могут обеспечить практически постоянную чувствительность в широком диапазоне частот (до сотен МГц) и позволяют осуществлять измерения с незначительной по­грешностью (в некоторых случаях до 0,01-0,001 %). Кроме того, они могут быть применены для измерения неэлектрических величин (уровней, влажности, перемещений и т. п.).

Дата добавления: 2013-12-13