Главная Измерительная установка - комплекс средств измерений



w---



а; ; 8)

Рис. 4.8. Схемы измерения емкости методом вольтметра-амперметра

питается переменным током частотой /. По показаниям вольтметра определяют модуль полного сопротивления

\Zx\=U,ll = ]/Rl + XJ,

где С/г и / - показания вольтметра и амперметра; Лг. Х - активная и реактивная составляющие полного сопротивления. Так как и Х неизвестны, то фазовый сдвиг ф = = arctg(Xz/i?z) при таком измерении установить невозможно.

Для уменьшения погрешности, обусловленной собственным потреблением энергии приборами, схему на рис. 4.7, а необходимо применять при значениях Zx «Z, а схему на рис. 4.7,6 при ZZ.

Измерение емкости методом вольтметра-амперметра может быть проведено по схемам, представленным на рис. 4.8.

Емкостное сопротивление конденсатора

Xc=yaCx==Vcll,

откуда

С, = ш[/с.

Следовательно, при измерении емкости этим методом необходимо знать частоту источника питания. При больших емкостях, т. е. малых емкостньк сопротивлениях Хс, рекомендуется схема, приведенная на рис. 4.8, а, при малых емкостях - на рис. 4.8, б.

Одной из разновидностей метода вольтметра-амперметра является метод двух вольтметров, применяемый ц}щ измерения малых емкостей по схеме, приведенной на рис. 4.8, е.

Питающее напряжение измеряется вольтметром Fj. Вольтметр показывает напряжение на С:

V2 = IXc, = IhCg.

Ток / определяется выражением /=С/1/(1/шС,-1-1/шСо),

откуда

Cx = CoV2/{Ui-U2). (4.26)

Значение емкости Cq должно быть значительно, чтобы вольтметр V2 мало влиял

на режим работы cxeMbL При Cq » Сх выражение (4.26) можно упростить и записать в виде

Cx = CoU2/Ui.

Метод двух вольтметров позволяет измерять емкости от долей пикофарад. Частотный диапазон и точность измерения определяются соответствующими характеристиками вольтметров. Погрешность измерения указанным методом составляет 5-10%.

Измерение индуктивности и взаимной индуктивности. При измерении индуктивности катушки методом вольтметра-амперметра (рис. 4.9) необходимо, чтобы ее активное сопротивление Ri было значительно меньше реактивного сопротивления Х.

При этом по закону Ома

откуда L= Ul/oiI.

Если требуется получить более точный результат, то необходимо учесть активное сопротивление катушки, так как

Z=UUI = ]/Rl+e>L\

откуда

L = ]/z-Rl/a.

С увеличением частоты точность измерения уменьшается вследствие влияния собственной емкости Ск катушки индуктивности и входной емкости С вольтметра, которые суммируются:

С = С, + Св.

Емкость С и измеряемая индуктивность Lx образуют параллельный контур, сопротивление которого при приближении ча-


Рис. 4.9. Схемы измерения индуктивности методом вольтметра-амперметра




Рис. 4.10. Схема измерения взаимной индуктивности методом вольтметра-амперметра

стоты источника питания / к частоте собственных колебаний контура возрастает, что эквивалентно увеличению индуктивности L. Поэтому значение индуктивности, полученное в результате измерения, будет больше действительного значения, причем разница эта увеличивается с увеличением частоты питающего напряжения.

Для измерения взаимной индуктивности между двумя катушками используется схема, приведенная на рис. 4.10. Ток /, измеряемый амперметром, протекает по катушке и наводит в катушке L2 ЭДС Е = /соМ. Эта ЭДС измеряется вольтметром с большим входным сопротивлением, поэтому показание вольтметра можно считать примерно равным ЭДС взаимной индуктивности:

М = £/со/ = [/JcoJ.

Для повьппения точности измерения необходимо производить на частоте, в несколько раз меньшей собственной частоты катушки. При этом резонансные свойства катушки не проявляются и устраняется емкостная связь между катушками.

Погрещность измерения параметров линейных компонентов электрических цепей методом вольтметра-амперметра составляет 0,5-10% на низких частотах и возрастает с увеличением частоты.

Преимуществом метода является то, что через измеряемый объект можно пропустить такой же ток, как и в реальных условиях его работы. Это особенно важно при измерениях параметров компонентов, значения которых зависят от тока.

К недостаткам метода можно отнести ограниченные пределы измеряемых параметров, сравнительно небольшую точность, возможность применения лишь на низких частотах.

4.2.2. МЕТОД НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ

Метод непосредственной оценки реализуется в приборах прямого действия, в которых измеряемая величина оценивается непосредственно по шкале, заранее отградуированной в соответствующих единицах, или

считывается с электронного табло цифровых приборов.

Из приборов с непосредственным отсчетом индуктивности, емкости и сопротивления на практике наибольшее применение получили омметры, которые по принципу действия, заложенному в них, подразделяются на электромеханические и электронные.

Электромеханические омметры делятся на две группы: омметры с однорамочным измерительным механизмом и омметры с двухрамочным измерительным механизмом логометрического типа.

Омметры с однорамочным измерительным механизмом в зависимости от значения измеряемого сопротивления выполняются по последовательной (рис. 4.11, а) или параллельной (рис. 4.11,6) схемам.

В качестве измерителя И в омметрах этого типа используется обычно однорамоч-ный магнитоэлектрический измерительный механизм с добавочным сопротивлением Кд.

Источником питания омметров подобного вида, как правило, служит батарея.

Ток, протекающий через измерительный механизм при разомкнутом ключе Кл, в последовательной схеме омметра (рис. 4. И, о)

I = и/ {Rx + R„ + Кд) = Kja, (4.27)

где Ли - сопротивление измерительного механизма; К; - постоянная измерительного механизма по току; а - угол поворота подвижной части измерительного механизма. Из (4.27)

a=U/Ki{Rx + R„ + R,,). (4.28)

При постоянных значениях U, К/, R„ и угол поворота измерительного механизма а определяется значением измеряемого сопротивления Rx, т. е. шкала прибора может быть проградуирована в единицах сопротивления. Шкала омметра, как следует из (4.28), неравномерна.

Начало отсчета (нуль шкалы) у этого омметра справа, т. е. соответствует максимальному углу поворота подвижной части


Рис. 4.11. Схемы электромеханических омметров с однорамочным измерительным механизмом



измерительного механизма, так как при R = 0 a = max.

С течением времени ЭДС батареи уменьшается. Это вызывает погрешность в показаниях прибора.

Для поддержания напряжения на измерительном механизме постоянным применяется добавочный резистор Лд. С этой целью при замкнутом ключе Кл производится установка нуля изменением сопротивления добавочного резистора Кд-

Омметры с последовательной схемой используются при измерении сравнительно больших сопротивлений (единиц килоом), так как при малых значениях Rx эта схема имеет малую чувствительность.

При измерении небольших сопротивлений применяются омметры, выполненные по параллельной схеме (рис. 4.11,6), для которой уравнение шкалы имеет вид:

a.= UlK{KJRx + K, (4.29)

где = ЛиЛд; = Ли -1- Лд.

Как и в случае использования последовательной схемы, угол поворота подвижной части измерительного механизма зависит от сопротивления R при условии, что остальные члены уравнения (4.29) постоянны. В этом случае нулевое положение указателя совпадает с нулевым значением измеряемого сопротивления, т. е. нуль на шкале слева. Контроль правильности показаний прибора производится при разомкнутом ключе Кл. При этом указатель прибора находится" в крайнем правом положении (R = со).

Компенсация изменения ЭДС батареи производится изменением сопротивления Кд.

Основным недостатком омметров с однорамочным измерительным механизмом является зависимость показаний от напряжения источника питания, что вызывает необходимость предварительной регулировки прибора.

Омметры с логометрическим измерительным механизмом являются двухра-мочными приборами, выполняются по по-


Рис. 4.12. Схемы электромеханических омметров с логометрическим измерительным механизмом

следовательной (4.12, о) и параллельной (рис. 4.12,6) схемам.

Для схемы на рис. 4.12,а имеем:

h = u/(Rx + Лд1 + R0; h = vi(R,a + Ril

где i?! и iJj - сопротивления рамок прибора.

Из теории логометров известно, что угол поворота подвижной части зависит от отношения токов IJI2-

а =/(/i/2) =/[(Л„2 + R2)/{Rx + Ra + Ri)l

(4.30)

Из (4.30) видно, что при постоянньпс значениях Лдь Ri, Лд2 и 2 показания прибора определяются значением измеряемого сопротивления Rx и не зависят от напряжения источника питания.

Для схемы на рис. 4.12,6 имеем:

/i = t/Rx/ [Л„1 {Ri+Rx) + RiRxl; l2=U/(R2 + Rj,2).

В этом случае угол поворота подвижной части логометра

" = /(/l 2) =

= / {Rx (i?2 + ад/ («1 + Rx) + RiRl}.

Таким образом, отклонение подвижной части логометра определяется значением измеряемого сопротивления Rx.

Схема с последовательным включением Rx применяется для измерения больших сопротивлений (сотен мегаом). При использовании параллельной схемы включения Rx предел измерения прибора снижается до сотен килоом.

Примером прибора с логометрическим измерительным механизмом является ме-гаомметр М1101.

В качестве источников питания в лого-метрах используется генератор индукторного типа, который приводится во вращение оператором или электродвигателем.

Основным достоинством приборов ло-гометрического типа является независимость показаний прибора от напряжения источника питания.

Элеюрониые омметры. Основу электронных измерителей активных сопротивлений составляют измерители сопротивлений со стрелочной индикацией (аналоговые омметры). Схемы построения этих приборов довольно просты и обеспечивают погрешность измерения не лучше +1,5%.

При построении схем электронных омметров используются, как правило, два метода: метод стабилизированного тока в цепи



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


0.016