2.2Методи вимірювання ємності

Мікрофарадметр — це прилад для прямого вимірювання величин ємностей. Ці прилади у тих виконаннях, які поширені в Україні, здатні вимірювати величини ємно­стей від десятих часток мікрофаради й до десятків мікрофарад. Мікрофарадметри виконують на основі електроди­намічного чи електромагнітного логометра. Принципову схему вимірювальної частини електро­динамічного мікрофарадметра зображено на (Рис.7).

Рис.7

На цій схемі обмотка нерухомої котушки приладу W_H послідовно з'єднана з конденсатором С₁ й приєднана до мережі змінного струму. Обмотку рамки рухомої частини логометра W₁ через конденсатор С₂ також приєднано до ме­режі. Конденсатор, величину ємності якого вимірюють С_х, увімкнений послідовно з обмоткою іншої рамки логометра W₂ і їхнє коло також приєднане до мережі.

Рамки W₁ і W₂ жорстко зкріплені між собою та з віссю рухомої частини, на осі також закріплено стрілку. Струм до рамок W₁ і W₂проходить через три "безмоментних" струмопідводи.

Через наявність малих опорів всіх обмоток логометра, струми в усіх трьох його обмотках по фазі майже збігаються між собою, і величини обертових моментів, створених взаємодією струмів І₁, та І₂, а також І₁, та І₃, залежать від ве­личини цих струмів. Самі ж величини струмів залежать від величини прикладеної напруги U (а це напруга мережі) і від величини реактивних опорів конденсаторів, ввімкнених послідовно з обмотками. Конденсатори С₁ і С₂ вмонтовано в прилад, і величини їхніх ємностей незмінні. Тобто незмінними, при незмінній напрузі мережі, є і струми І₁ та І₂. Що ж до струму І₃, то його величина повністю визна­чається величиною реактивного опору ємності вимірювано­го конденсатора С_х, і буде тим більшою, чим більшою є ве­личина цієї ємності.

Рамка W₂ створює діючий обертальний момент, величи­на якого буде тим більшою, чим більшою є величина ємності конденсатора С_х. Рамка W₁ по витках котрої про­ходить струм, що визначається величиною ємності конден­сатора С₂, створює момент протидії, який залежить також і від величини кута повороту рухомої частини приладу. Зі збільшенням кута між стрілкою, закріпленою на рухомій ча­стині приладу, і нульовою позначкою шкали момент про­тидії цієї рамки збільшується. Рухома частина приладу, після його вмикання, стане нерухомою саме тоді, коли обертальний момент дії, створю­ваний рамкоюW₂, дорівнюватиме моменту протидії рамки W₁ При цьому стрілка приладу вказуватиме на відмітку шкали, що відповідає величині ємності вимірюваного кон­денсатора С_х.

Зміна величини напруги мережі, до якої підімкнено при­лад (звичайно — у межах допустимого), має не викликати зміни показань приладу, бо однаково впливає на струми в усіх трьох вітках приладу, тобто й на величини обертових моментів дії і протидії. Це не спричиняє появи різниці між моментами у положенні стрілки (і рухомої частини) приладу, що відповідає величині вимірюваної ємності. Тобто ре­зультати вимірювань ємності дійсно не залежать від величи­ни напруги мережі.

Схема мікрофарадметра, що розглядається, спрощена й показує лише принцип дії приладу. Реальна схема, змонто­вана у приладі, має ще пристрій для попередньої перевірки відсутності пробою ізоляції конденсатора, величину ємності якого потрібно виміряти. Необхідність такої перевірки по­яснюється тим, що вмикання для вимірювання несправно­го конденсатора може вивести прилад із ладу. Як вже зазна­чалося, величини опорів рамок у подібних приладах нама­гаються зробити щонайменшими. Тому вмикання послі­довно з рамкою W₂ конденсатора з пошкодженою ізоляцією (тобто з замкненими між собою електродами) призведе до приєднання рамки до повної напруги мережі, появи знач­ного струму й перегорання "безмоментних" струмопідводів, а то й обмотки цієї рамки.

Мікрофарадметри виготовляють також і на основі елек­тромагнітних логометрів. За схемою вони простіші за ті, що виконані на основі електродинамічних логометрів, бо не мають ні обмоток на рухомій частині приладу, ні "безмо­ментних" струмопідводів. Як електродинамічні, так і електромагнітні мікрофарадометри розраховано на обмежену точність вимірювань ємності (звичайно — не вище класу 1,0).

Вада всіх мікрофарадметрів, що полягає у неможливості вимірювань ємностей значних величин, частково може бу­ти зменшена, якщо застосовувати вмикання вимірюваної ємності значної величини (щоб її величина була не більшою за номінальну ємність, вимірювану мікрофарадметром, у 4...5 разів) послідовно зі зразковим конденсатором величи­ни, близької до номінальної величини ємності, вимірюваної цим приладом.