Главная Измерительная установка - комплекс средств измерений



Q = l/tg6 = tg9 = ЛГпосл/Йпосл = Bnap/G„ap.

(4.19)

Подставив значения tg6 и Q в (4.3) и (4.8), получим значения комплексного сопротивления и проводимости в следующем виде:

Z = .послпослДпосл +]) = X„ou,{tgb+j) =

= XoAlJQ+jy, (4.20)

Y = Впар (Gnap/Bnap +Л = -В„ар (tg 8 Н-у) =

= B™p(l/e+j). (4.21)

Из (4.20) и (4.21) видно, что тангенс угла потерь и добротность могут быть использованы для оценки активной составляющей комплексного сопротивления или комплексной проводимости.

Для оценки относительной величины реактивной составляющей резисторов используют тангенс угла фазового сдвига tg(f>, определяемый из (4.19). С учетом этого параметра комплексное сопротивление и проводимость можно представить в следующем виде:

Z = Кпосл(1 ±7"посл/Лпосл) = Лпосл (1 ±;tg Ф);

(4.22)

1= Gnap(l +;"Впар/Спар)= Gnap(l ±jtg(p).

(4.23)

Реактивная составляющая резистора может оцениваться посто5Шной времени

t= ±1Вф/ш. (4.24)

Таким образом, задача измерения комплексного сопротивления или комплексной проводимости сводится к определению любой пары величин, определяющих их активную и реактивную составляющие.

4.1.3. СПОСОБЫ ПОДКЛЮЧЕНИЯ ИЗМЕРЯЕМОГО ОБЪЕКТА К ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ЦЕПИ

Точность измерения параметров компонентов электрических цепей в значительной степени определяется способом подключения измеряемого объекта к измерительной цепи прибора, что объясняется наличием у присоединительной цепи ряда паразитных параметров, обусловленных емкостями монтажа, сопротивлениями соединительных проводов, индуктивностями и взаимными индуктивно-стями между соединительными проводами. Указанные паразитные параметры вносят искажения в результат измерений, что вызы-

вает необходимость применения схематических и конструктивных мер защиты от влияния различного рода утечек и электромагнитных полей.

Возможные способы подключения измеряемого объекта в измерительную цепь прибора, используемые в практике измерений, приведены в табл. 4.1.

Наиболее простой схемой включения является явухзажимная (зажимы 1, 2). Эта схема в наибольшей степени подвержена влиянию паразитных параметров. Влияние последовательных и параллельных импедан-сов соединительных элементов может быть уменьшено путем сокращения размеров присоединительной цепи или созданием присоединительных устройств жесткой конструкции, как это, например, реализовано в прецизионной емкостной измерительной системе 1621 фирмы Gen Rad (США), в которой измеряемая мера емкости может непосредственно присоединяться к двухзажимно-му коаксиальному разъему.

Влияние электрических и магнитных полей можно уменьшить, используя металлический экран, соединенный с одним из зажимов измеряемого объекта, что позволяет стабилизировать в определенной степени емкостные связи с окружающими предметами и, следовательно, устранить их влияние расчетным путем или компенсацией в измерительной цепи.

Двухзажимная схема включения измеряемого объекта используется в измерителях индуктивностей и емкостей резонансного типа Е7-5А, Е7-9 и в измерителях добротности Е4-7, Е4-7А (ВМ-560), Е4-10, Е4-11, Е4-12. Погрешность измерения с помощью этих приборов составляет 15-20% и возрастает с увеличением частоты.

При трехзажимной схеме включения (зажимы 1-3) измеряемый объект и присоединительные цепи заключают в экран, изолированный от обоих зажимов. Это позволяет исключить влияние электрических полей и утечек на корпус, что обеспечивает возможность измерения малых емкостей или создания образцовых мер малой емкости.

Трехзажимная схема включения реализована в измерителях емкости Е8-1, Е8-2, универсальном мосте Е7-4; образцовых мерах Р596, Р597, КМЕ-11 и др

Четырехзажимная схема включения устраняет влияние последовательных п.ара-зитных импедансов и предполагает наличие четырех зажимов: двух токовых {1 - 2) к двух потенциальных {3-4). К токовым зажимам измеряемого объекта подводится ток стабилизированного источника питания, потен-



4.1. Характеристики цепей с сосредоточенными постоянными

Таблица 4.1. Способы подключения измериемого объекта в измерительную цепь прибора

Наименование схемы включения измеряемого объекта

Электрическая схема включения измеряемого объекта

Тип прибора или образцовой меры с соответствующей схемой включения

Двухзажимная

/ г

О-1 1-О

Е7-5А, Е7-9, Е4-7, Е4-7А (ВМ-560), Е4-10, Е4-11, Е4-12, Р544

Трехзажимная

1 1-----1 ?.

О-Н И-о

L .---1

Е8-1, Е8-2, Е7-4, Р596, Р597, КМЕ-11, КМЕ-101

Четырехзажимная

/ г S ч

Е6-12, Е6-15, Е6-18, DMO 310, РЗЮ, Р321

Пятизажимная

1 ,-----п 2

S 5

Е7-8, Е7-10, Е7-11, Р5016, Р5079, Е8-4, Е8-5, 1683 GR, ВМ-484

Двухпарная

7 г

>t

S ч

КВЦ-3

Четырехпарная

Б 7

Е7-12

Многопарная

6 7 10 11

циальные зажимы подключаются к измерительной цепи с большим входным сопротивлением, что исключает влияние соединительных проводов и зажимов токовой цепи. Это позволяет производить измерения очень малых сопротивлений (до 10~*-10" Ом).

Наибольшее применение четырехза-жимные схемы включения нашли в измерителях переходных сопротивлений контактных соединений: миллиомметрах Е6-12, Е6-15, Е6-18; цифровом микроомметре ДМО 310 фирмы А. Р. Т. ELECTRONICS LTD (Великобритания).

Четырехзажймный элемент цепи, заключенный в изолированный от зажимов экран, образует пятизажимную схему включения (зажимы 1 -5), объединяющую достоинства трех- и четырехзажимных схем включения. Несмотря на сложность исполнения, пятиза-жимные схемы включения измеряемого объекта находят широкое применение

в точных измерителях (емкостей, индуктивностей, сопротивлений) отечественного и зарубежного производства: универсальных мостовых измерителях Е7-8, Е7-10, Е7-11, Р5016, Р5079; измерителях емкости Е8-4, Е8-5; автоматическом цифровом приборе 1683 фирмы Gen Rad (США); точном полуавтоматическом мосте ВМ-483 фирмы TESLA BRNO (Чехословакия) и др.

Однако пятизажимное включение измеряемого объекта, так же как и четырехза-жимное, не исключает влияния взаимоиндуктивности присоединительных проводов. Для исключения этого влияния подключение измеряемого объекта осуществляется с помощью экранированных коаксиальных кабелей. При этом используют двухпарное, четы-рехпарное и многопарное включение измеряемого объекта.

Применение коаксиальных кабелей позволяет пропускать по внешним оплеткам



и соответствующим им центральным жилам противоположно направленные, но равные по значению токи, что устраняет внешнее магнитное поле каждого коаксиального кабеля и, следовательно, взаимоиндуктивности между ними. Достоинством двух-, четырех-и многопарного включений является также то, что они позволяют сохранить все другие преимущества, присущие трех-, четырех-и пятизажимным схемам включения соответственно.

Выбор той или иной схемы включения измеряемого объекта, реализуемой в приборе, решается на стадии его конструирования и определяется назначением средства измерений, необходимой помехозащищенностью и экономическими соображениями.

4.2. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЛИМЕЙНЫХ КОМПОНЕНТОВ ЦЕПЕЙ С СОСРЕДОТОЧЕННЫМИ ПОСТОЯННЫМИ

В зависимости от объекта измерений, требуемой точности результата, диапазона рабочих частот, допустимого напряжения на измеряемом объекте или внешних условий применяют различные методы. Наибольшее применение при измерении параметров линейных компонентов получили метод вольтметра-амперметра, метод непосредственной оценки, метод моста, резонансный метод и метод дискретного счета.

4.2.1. МЕТОД ВОЛЬТМЕТРА-АМПЕРМЕТГРА

Метод вольтметра-амперметра является косвенным, так как сведется к измерению тока и напряжения в цепи с измеряемым объектом и последующим расчетом его параметров по закону Ома.

Наиболее часто метод используется при измерении активного и полного сопротивлений, емкости, индуктивности или взаимной индуктивности.

Измерение активных сопротивлений производится на постоянном токе, при этом включение неизвестного резистора Rx в измерительную цепь возможно по схемам, представленным на рис. 4.6, а и 6.

Обе схемы приводят к методическим погрешностям, обусловленным конечными значениями внутренних сопротивлений приборов. Определим эти погрешности. Действительное значение измеряемого сопротивления в обоих случаях равно


Рис. 4.6. Схемы измерения активного сопротивления методом вольтметра-амперметра

Сопротивление Ri, измеренное по схеме, приведенной на рис. 4.6, а, будет меньше действительного значения, так как показание амперметра будет завышено на значение тока /в, а показание вольтметра будет равно напряжению на Ry.

При этом относительная методическая погрешность, %,

6i = (Лх - Rx) m/Rx =-Rx-100/{Rx + Rb).

(4.25)

Из (4.25) следует, что погрешность 6, тем меньше, чем больше сопротивление вольтметра.

В случае применения схемы, приведенной на рис. 4.6,6, ,

R-x = (UR + V)/tR = Rx + R,

где 17а - падение напряжения на амперметре; тогда относительная методическая погрешность, %,

62 = {Ri - Rx) 100/йх = Ла Ш1Кх.

Погрешность 62 появляется из-за неточного определения напряжения на измеряемом объекте, так как, кроме напряжения 17r, вольтметр измеряет также паление напряжения на амперметре, следовательно, методическая погрешность будет тем меньше, чем меньше сопротивление амперметра по сравнению с измеряемым сопротивлением.

Таким образом схемой, приведенной на рис. 4.6, я, следует пользоваться для измерения малых сопротивлений, а схемой, приведенной на рис. 4.6,,-для измерения больших сопротивлений.

Измерение полного сопротивлении. Схемы для измерения полного сопротивления Z приведены на рис. 4.7. Измерительная цепь


Рис. 4.7. Схемы измерения полного сопротивления методом вольтметра-амперметра



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 [61] 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168


0.0174