Зразкові котушки індуктивності та взаємної індуктивності. Зразкові міри ємності

Зразкові котушки індуктивності використовують у схе­мах вимірювальних мостів та потенціометрів змінного струму. Їх виробляють з величинами індуктивності від 0,0001 до 1,0 Гн, причому кожне номінальне значення ве­личини індуктивності наступного типорозміру в 10 разів відрізняється від величини індуктивності котушки поперед­нього типорозміру.

Кожна з цих котушок являє собою багатовиткову обмот­ку з мідного ізольованого проводу, намотаного на каркас з ізоляційного стійкого матеріалу, який щонайменше змінює свою форму та розміри з часом і через вплив зовнішніх чин­ників (наприклад, температури довкілля, вологи повітря).

За реальних умов виробництва каркаси виготовляють із порцеляни чи жорсткої пластмаси. Об'єктивне порівняння порцеляни і пластмаси дає можливість віддати перевагу першій хоча б тому, що коефіцієнт теплового розширення порцеляни майже вдесятеро менший, ніж у більшості пласт­мас. Звичайно, порцеляновий каркас дещо дорожчий за пластмасовий, але якість котушки, намотаної на порцеля­новий каркас, вища.

Зважаючи на те, що зразкові котушки індуктивності ви­користовують на змінному струмі, й частину — на струмах підвищеної, а то й високої частоти, де величина індуктив­ності котушки залежить від ефекту витіснення струму зсе­редини проводу на поверхню, їх доцільно обмотувати літцендратом — проводом, який складається з багатьох тонких провідників, кожний з яких вкритий емалевою ізо­ляцією, а всі разом — шовковою. Ці тонкі провідники переплетені між собою так, що на певній довжині проводу кожен із них перебуватиме майже на однакових відрізках довжини як у центрі перерізу проводу, так і на його пери­ферії. Завдяки цьому ефект витіснення струму буде прак­тично відсутній.

Будову зразкової котушки індуктивності показано на рис. 3.5, де 1 — це каркас котушки, 2 — обмотка котушки, З — затискачі, до яких приєднано початок і кінець проводу обмотки.

Слід зазначити, що в цих котушках індуктивності при роботі на відносно малих частотах, близьких до 50 Гц, чималу частину їхнього повного опору становить активний опір. Завдяки цьому добротність котушок, яка дорівнює відношенню реактивного опору до активного, загалом неве­лика й може не перевищувати 1,5 за індуктивності котушки 1 Гн при частоті струму 50 Гц. Майже такою ж буде й доб­ротність решти котушок того самого розміру, але меншої індуктивності.

Котушки індуктивності, подібні зображеній на рис. 3.5, мають ще один істотний недолік — за наявності зовнішньо-

Рис 3.5

Котушка індуктивності

то змінного магнітного поля в їхніх обмотках виникає ЕРС, величина якої залежить від величини магнітної індукції цього зовнішнього поля, величини кута між віссю котушки і напрямом дії поля та від величини частоти. Величина цієї ЕРС непередбачувана, бо дві перші величини впливу (а то й усі три) заздалегідь невідомі, й тому ця ЕРС може значно спотворити результати вимірювань за схемою, до якої ввімкнуто таку зразкову котушку.

Екранування таких котушок від дії сторонніх магнітних полів неможливе, бо екран впливатиме на величину власної індуктивності зразкової котушки й, головне — зробить ве­личину індуктивності цієї котушки залежною від частоти струму, який проходить по витках котушки.

Якщо ж очікуване магнітне поле в місці розташування котушки рівномірне, то, використовуючи астатичну зразко­ву котушку індуктивності, можна позбутися шкідливої дії стороннього магнітного поля. Астатична котушка скла­дається з двох однакових частин, з'єднаних послідовно. Ці частини створюють власні магнітні потоки у взаємно про­тилежних напрямах. У таких котушках під дією зовнішньо­го рівномірного поля, тобто такого, яке має однакову індукцію в усіх точках простору, де розміщено вказані дві котушки, в обох виникають однакові ЕРС, які діють проти-лежно одна одній і, завдяки цьому, взаємно компен­суються.

Зробивши котушку індуктивності тороїдальною, можна позбутися шкідливого впливу рівномірного зовнішнього по­ля. Таку котушку рівномірно намотують на тороїдальну ос­нову з діелектрика. Зрозуміло, що наведена дією зовнішньо­го рівномірного магнітного поля шкідлива ЕРС у витках, розміщених з одного боку тороїда, завжди буде компенсо­вана такою ж ЕРС, наведеною у витках, розташованих з іншого боку тороїда.

Однак зауважимо, що й в астатичній конструкції, й в то­роїдальній величина добротності котушок індуктивності буде дещо меншою, ніж у звичайних.

Для того щоб мати зразкову індуктивність змінної вели­чини, створено магазини індуктивності. За своєю будовою вони схожі на важільні. У цих магазинах активний опір не залежить від величини індуктивності. Це досягнуто за допо­могою додаткових активних резисторів, що вмикаються ти­ми ж самими перемикачами, які змінюють величину індук­тивності.

Зразкові котушки взаємоіндуктивності виготовляють на величину взаємоіндуктивності від 100 мкГн до 10 мГн. Як і котушки індуктивності, їх виконано на жорстких ізо­ляційних каркасах у вигляді двох паралельно розташованих котушок індуктивності, що розділені ізоляційною перего­родкою. Зовнішній вигляд такої котушки та її розріз пока­зано на рис. 3.6. На жаль, при такому виконанні котушки коефіцієнт зв'язку між її обмотками відносно невеликий і досягає лише величини близько 0,3.

Набагато більшим буде коефіцієнт зв'язку при намоту­ванні обох обмоток двома паралельними ізольованими про­водами. У цьому разі зовні котушка мало відрізняється від котушки індуктивності, хіба що наявністю чотирьох затис­качів, до яких приєднано кінці обмоток. При такому ви­готовленні котушки коефіцієнт зв'язку між обмотками буде близьким до одиниці, й котушка на певну величину взаємоіндуктивності буде економічнішою як за об'ємом, так | і за витратами проводу, ніж та, що показана на рис. 3.6. Але наявність значної ємності між обмотками через ізо­ляцію проводів суттєво утруднює роботу таких котушок і на підвищених частотах і за наявності різниці напруг між обмотками.

Зразкові міри ємностей виконують як конденсатори постійної ємності з повітряним чи твердим діелектриком (переважно слюдяним). У разі необхідності використання багатозначних мір ємності застосовують повітряні конден­сатори змінної ємності або магазини ємностей з конденса­торами, що мають твердий діелектрик.

Рис. 3.6