Измерение емкости, тангенса угла потерь, индуктивности, добротности и взаимной индуктивности

Диапазоны измерений емкости С и индуктивности L средства­ми измерений, выпускаемыми промышленностью, весьма широки и составляют ориентировочно для емкости 10^-8-10⁴ мкФ и для индуктивности 10^-7-10³ Гн. Точность измерений существенно зависит от средств измерений и от значений измеряемых С и I.

Прямые измерения. Для измерения емкости и индуктивности наибольшее распространение получили мосты переменного тока с ручным уравновешиванием, цифровые мосты, куметры, прибо­ры, работа которых основана на резонансном методе с индика­цией нулевых биений, комбинированные приборы и др. Наиболее точными приборами для измерения С и L, являются мосты переменного тока. Они имеют классы точности 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 2,0; 5,0. Кроме основных параметров С и L, мосты предназначены также для измерения тангенса угла потерь конденсаторов и добротности катушек Q.

Наибольшую сложность представляет измерение малых ем­костей и индуктивностей. Это обусловлено влиянием паразитных реактивных параметров, токов утечки и других факторов. При измерении малых С и L, приходится переходить на относительно высокие частоты питания моста, что еще более усиливает влияние паразитных параметров. Применяя специальные конструкции мостов и используя различные схемные решения, удается су­щественно снизить погрешность при измерении малых С и L. Важным параметром мостов является диапазон рабочих час­тот. Существуют низкочастотные мосты, работающие в звуковом диапазоне, и высокочастотные, работающие на частотах до сотен мегагерц. Это вызвано необходимостью измерения параметров С, L,, Q на частотах, близких или равных их рабочим частотам. Высокую точность измерения имеют цифровые мосты, близ­кие по точности к мостам с ручным уравновешиванием. Автомати­зация процесса измерения и наличие кодового выхода делают их более удобными в эксплуатации.

На повышенных частотах параметры С, L,, Q можно измерять куметрами (измерителями добротности) и измерителя­ми, работа которых основана на резонансном методе с индика­цией нулевых биений.

Измерять емкость также можно комбинированными прибора­ми с магнитоэлектрическим измерительным механизмом, имею­щими класс точности 2,5 и 4.

Косвенные измерения. На рис. 15-22 приведены схемы измере­ния в общем случае комплексного сопротивления 2 с помощью трех приборов — амперметра, вольтметра и ваттметра.

Рис. 4. Схемы косвенных измерений параметров цепи переменного тока

а – для относительно сопротивлений;

б – для малых сопротивлений

Если пре­небречь потреблением мощности измерительными приборами, то можно записать

При измерении индуктивности и добротности катушек

при измерении емкости и тангенса угла потерь конденсатора

− для парал­лельной схемы замещения конденсатора;

− для последовательной схемы замещения.

Точность из­мерений в этом случае невысока и определяется точностью измерительных приборов и их потребляемой мощностью, а также точностью установки частоты. Для уменьшения влияния потреб­ляемой мощности приборами схема рис. 4.а. используется для относительно больших значений Z, а схема рис. 4.б. − для малых значений Z. Основное достоинство этих схем — возможность измерения неиз­вестных параметров в требуемом режиме по току i и напряже­нию u, что важно при исследовании нелинейных элементов.

Измерение взаимной индуктивности. Для измерения взаим­ной индуктивности М могут быть использованы способы измере­ния индуктивности L. При этом производят измерение индуктивностей L_C и L_В катушек при их согласном и встречном включениях (рис. 5.а.). Поскольку, а. Погрешность такого измерения М зависит от погрешностей измерений L_C и L_В и может быть значительной при малых М, когда.

Рис.5. Схемы измерения взаимной индуктивности

а – метод согласного и встречного включения катушек индуктивности;

б – метод нахождения взаимной индуктивности через коэффициент связи;

в –

г – метод с использованием баллистического гальвонометра

Взаимную индуктивность можно также измерять, используя известное соотношение, где k − коэффициент связи (рис.5.б.). Если сопротивление второго вольтметра V₂ то, где w₁, w₂ − число витков катушек L₁ и L₂. Для достоверности можно дважды измерить k, поменяв обмотки катушек местами. При этом, где штрихами обозначаются результаты измерений в первом и втором опытах. Если требуется определить М катушки при определенном токе в ее обмотке, можно использовать схему, показанную на рис.5.в. При большом сопротивлении вольтметра можно записать

Взаимную индуктивность можно также измерять с помощью балли­стического гальванометра или веберметра (рис. 5.г). При замыкании ключа В имеем, где С_ф − посто­янная баллистического гальванометра или веберметра; − первое максимальное отклонение указателя баллистического гальванометра или изменение показания указателя веберметра.

Дата добавления: 2014-01-04