Главная Измерительная установка - комплекс средств измерений



мало отличается от единицы, т. е. выполняется условие

Тесную индуктивную связь можно обеспечить путем намотки катушек на один сердечник из материала с большой магнитной проницаемостью. Такие катушки, .используемые в мостовых схемах в качесе плечевых элементов, выполняются в вийе. специальных трансформаторов, что и обусловило название трансформаторных мостов.

Схема простейшего моста с трансформаторными плечами отношения приведена на рис. 4.21.

Условием равновесия рассматриваемой схемы является соотношение

Следовательно, мостовая схема, приведенная на рис. 4.21, может быть уравновешена переключением витков плечевых элементов. Таким образом, если в качестве плечей отношения используются образцовые меры - стабильные резисторы или конденсаторы (см. рис. 4.15), то для создания прибора с широким диапазоном измерения требуется большое число этих мер. В трансформаторных мостах расширение диапазона достигается за счет применения многосекциониро-ванных трансформаторов с ограниченным числом образцовых мер.

Еще более широкий диапазон измерения достигается при использовании двойных трансформаторных мостов (рис. 4.22).

В схеме на рис. 4.22 трансформатор напряжения Гр1 обеспечивает подачу напряжения на измеряемое Zx и образцовое Zo6p комплексное сопротивления. В цепь вторичной обмотки трансформатора тока Гр2 включен индикатор И (указатель равновесия), с помощью которого осуществляют сравнение токов 1х и /обр- Обмотки и включены согласно, а W3 и - встречно.

Условия равновесия схемы [/вых = О выполняются при выполнении равенства

л. о-

-с=з-

1оБр

/хз/обр4 l/xW3/Zx=l/o6pWZo6p,

Рис. 4.22. Схема двойного трансформаторного моста

откуда

Zx = UxW3Zo6p/l/on (4.62)

С учетом того, что Ux/Von «W1/W2, (4.62) можно записать следующим образом:

Zx = ZobpWiWfW2W.

Таким образом, уравновешивание трансформаторной мостовой схемы достигается либо изменением чисел витков секционированных обмоток плечевых элементов, либо изменением значения образцовой меры, либо комбинацией обоих методов.

Па рис. 4.23 представлена схема трансформаторного моста, уравновешивание ко-торого осуществляется коммутацией витков секционированной обмотки плечевого элемента W2.

Для этой схемы можно записать:

Z, = l/Y,; Zo6p=l/yo6p,

Zx = {Zo6p/W2mWJW; Y>c=W2YpWJWiW.

Если измеряемый объект представляет собой активное сопротивление, то

Zx = Rx = Ro6pW,W3/W2W

Yx = Gx=W2GWJWW3.

Если измеряемый объект имеет емкостный характер, то

Ух j<oCx = Wo6p/u)Co6p WJW РГз,

Сх= WpCoepWjWW.

Уравновешивание трансформаторного моста путем коммутации витков секционированных обмоток плечевых элементов при наличии одной образцовой меры часто не обеспечивает необходимую дискретность регулирования. Это вызывает необходимость увеличения числа образцовых мер и использования для каждой декады отдельных образцовых мер или применения других схемотехнических решений (вспомогательных трансформаторов и пр.).

Схема моста с использованием образцовых мер для каждой декады плечевого элемента приведена на рис, 4.24. Такая схема позволяет значительно повысить дискрет-



Zj, или Ух

~ . 2ф или Ygfp

Рис. 4.23. Схема трансформаторного моста с секционированной обмоткой

ность регулирования как по основному, так и по сопутствующему параметру.

Широкое распространение получили также другие модификации трансформаторных мостов:

автотрансформаторные мостовые схемы с применением многозначных образцовых мер, для уравновешивания которых могут использоваться имеющиеся в наличии остаточные импедансы обмоток плеч отношения, в отличие от обычных трансформаторных мостов, точность которых тем выше, чем ближе к идеальным оказываются параметры трансформатора;

измерительные трансформаторные мостовые схемы с применением активных четырехполюсников, позволяющих повысить защищенность приборов от влияния паразитных импедансов и связей и др.

Трансформаторные мосты обеспечивают трех-, четырех- и пятизажимное включение


Рис. 4.24. Схема трансформаторного моста с образцовой мерой в каждой декаде

измеряемого объекта и применяются для измерения индуктивности, емкости, сопротивления, проводимости и тангенса угла потерь с высокой точностью в широком диапазоне частот.

Погрешность измерений параметров трансформаторными мостами в диапазоне звуковых частот составляет 0,001 - 0,1%.

Верхний предел рабочих частот измерителей, созданных на базе трансформаторных мостовых схем, достигает 300 МГц.

Основными достоинствами мостов с индуктивно-связанными плечами по сравнению с обычными мостами являются:

возможность уравновешивания трансформаторных мостов переключением витков секционированных плечевых элементов при ограниченном числе образцовых мер, что позволяет создавать приборы с широким диапазоном измерений;

более высокая температурная и временная стабильность отношения витков трансформаторных плечевых элементов по сравнению с отношением резистивных или емкостных плечевых элементов в обычных мостах;

возможность повышения точности измерений за счет подбора образцовых мер с номинальными значениями, при которых можно ожидать достаточную их стабильность;

высокая помехозащищенность трансформаторных мостов за счет малой чувствительности к шунтирующим паразитным импе-дансам, что позволяет проводить измерения при наличии длинных присоединительных кабелей.

Метод трансформаторного моста реализован в измерителях емкости Е8-4, Е8-5, а также в универсальных мостах Е7-8, Е7-10, Р5016 и др.

4.2.4. РЕЗОНАНСНЫЙ МЕТОД

Резонансный метод измерения применяется в высокочастотных измерителях индуктивностей, емкостей и сопротивлений, так как в области низких частот резонансные явления проявляются менее резко, что не обеспечивает достаточной точности измерений.

Известен ряд разновидностей резонансного метода, из которых наибольшее практическое применение получили метод куме-тра и метод двух генераторов с индикацией резонанса по нулевым биениям.

Метод куметра, реализуемый в измерителях добротности, позволяет также косвенным путем осуществить измерение индук-




Рис. 4.25. Схема измерения индуктивности методом куметра

тивносги, емкости и сопротивления измеряемого объекта.

Принцип действия куметра поясним на примере схемы, приведенной на рис. 4.25, обеспечивающей измерение индуктивности катушки Lx при наличии образцового конденсатора переменной емкости Собр.

Катушка Lx, имеющая активное сопротивление Rx, и конденсатор Собр составляют последовательный колебательный контур. Источником питания служит высокочастотный генератор ГВЧ.

Конденсатор переменной емкости Собр обеспечивает настройку колебательного контура в резонанс на частоте измерения.

При резонансе напряжение на конденсаторе Uc, если добротность достаточно высока, пропорционально добротности катушки

(t/c = £rG).

Искомую индуктивность рассчитывают по формуле

1«=1/шСобр,

где значение резонансной емкости Собр определяется по шкале переменного конденсатора.

Метод куметра используется в измерителях добротности Е4-7, Е4-7А, Е4-10, Е4-11, Е4-12, обеспечивающих измерения в диапазоне частот от 1 кГц до 300 МГц.

К преимуществам метода относится возможность измерения параметров в диапазоне частот.

К недостаткам можно отнести косвенный характер измерения параметров L, С, R, достаточно большую погрешность измерений 0,5 - 5% и слабую помехозащищенность, так как в куметрах используется двух-зажимный способ присоединения измеряемых объектов.

В основу метода двух генераторов положена зависимость частоты генератора с самовозбуждением от реактивных элементов резонансного контура.

Для повышения разрешающей способности и точности измерений применяются два генератора, а момент резонанса фиксируется по нулевым биениям.

Схема измеррггеля индуктивностей и емкостей с использованием генераторов с самовозбуясдением приведена на рис. 4.26.

В схеме имеются два высокочастотных генератора ГВЧ и ГВЧ2, собранных по одинаковой схеме. В зависимости от рода работы измерителя (измерение индуктивности или емкости) в колебательный контур генератора ГВЧ, образованный индуктивностью Li и емкостью Ci, включается последовательно измеряемая индуктивность Lx или параллельно измеряемая емкость Сх.

Колебания высокой частоты обоих генераторов подаются на смеетггель СМ. Колебания разностной частоты с выхода смесителя усиливаются усилителем низкой частоты УНЧ и подаются на фильтр нижних частот ФНЧ.

Сигнал с ФНЧ усиливается усилителем постоянного тока УПТ и подается на индикатор нулевых биений ИНБ.

Сначала измерительные зажимы 1 и 2 колебательного контура генератора ГВЧ закорачиваются и изменением емкости конденсатора Сг частоту генератора ГВЧ2 настраивают на частоту первого генератора.

При этом выполняется равенство

CLi - C2L2.

(4.63)

При измерении индуктивности Lx последняя подключается в контур генератора ГВЧ последовательно с Lj к зажимам 1, 2, и вновь, изменяя емкость конденсатора Cj, добиваются равенства частот обоих генераторов.

В этом случае выполняется равенство CAl + Li) = CiL2. (4.64)

Отсюда с учетом (4.63)

Lx = L2{Ci-C2)/Ci.

При измерении емкости конденсатор Сх подключается параллельно С,.

Выполнив те же операции настройки, получим искомую величину:

Cx=L2{Ci-Ci)/Li.

К преимуществам метода двух генераторов можно отнести достаточную простоту


Рис. 4.26. Схема измерения индуктивности и емкости методом двух генераторов



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


0.0103