книги из ГПНТБ / Шумилин Н.П. Специальные измерения в проводной связи учебник

изводиться так, чтобы условие углов могло бы быть выполнено (например, схема рис. 12.1 а не может быть уравновешена, если вместо сопротивления с индуктив-

Рлс. 12.1. Мосты переменного тока:

а) схема Максвелла; б) схема Хея; в) схе­ ма Сотп; г) схема Вина

ной составляющей в плечо х включить сопротивление емкостного характера).

Из условий равновесия моста получим формулы (см. задачу № 171) для;

240

Нетрудно видеть, что схемы, в которых образцовые приборы емкости С 3 и сопротивления R 3 соединены па­

назначены для случаев, когда измеряемые комплексные, сопротивления состоят из последовательного соединения резистора и реактивной составляющей; для параллель­ ного их соединения формулы должны быть изменены (см. задачу № 172).

В качестве индикатора в схемах рис. 12.1 можно (для тональных частот) применить телефон или магни­ тоэлектрический прибор с детектором (и усилителем). В последнем случае для устранения опасности испортить прибор при большом нарушении баланса необходимо предусмотреть автоматическую регулировку усиления.

Удобным, но дорогим индикатором равновесия мо­ ста может служить электроннолучевая трубка. При ее использовании возможно осуществить уравновешивание моста всего в две операции. Применяя в качестве ин­ дикатора телефон или стрелочный прибор, нельзя опре­ делить, реагирует ли он на нарушение условий равнове­ сия по модулю или по углу, так как реакция его одно­

воздействием настройки, например по углу, меняет свою форму, сжимаясь в прямую при выполнении условия уг­ лов, а под воздействием настройки по модулю меняет свое положение (при выполнении условия модулей эл­ липс принимает горизонтальное положение).

241

Таким образом, если для обычного моста баланс до­ стигается путем неоднократных последовательных при­ ближений (грубо по модулю; грубо по фазе; снова по модулю — точнее, снова по фазе — точнее; опять по мо­ дулю — еще точнее; опять по фазе — еще точнее ит. д.), то при осциллографическом индикаторе может быть до­ стигнута сразу точная настройка (например) по фазе и затем сразу же точная настройка по модулю (раздель­ ное уравновешивание).

В схеме рис. 12.2 перед описанной настройкой про­ водят предварительную операцию: нажимают ключ К. н образовавшийся на экране эллипс сжимается в пря­ мую настройкой фазовращателя, сопряженного с усили­ телем горизонтального отклонения. После этого ключ К отпускают, и мост уравновешивается регулировкой R 3 по фазе (образовавшийся вновь эллипс сжимается в прямую), а регулировкой R^ — по модулю (полученная прямая приводится к горизонтальному положению).

12.2.Мосты высокой частоты

Впринципе, применение схем, приведенных на рис. 12.1, возможно в широком диапазоне частот, но практически оказывается, что при частотах выше звуко­ вых и даже выше 5—6 кГц возникают существенные по­ грешности измерений, обусловленные наличием пара­ зитных связей (главным образом, емкостных) между

элементами схемы моста. Экранировка этих элементов в схемах рис. 12.1 затруднительна. Поэтому для измере­ ний на высоких частотах (от 5 кГц до десятков мега­ герц) в проводной связи применяют дифференциальные мосты, в которых основным элементом является диф­ ференциальный трансформатор с высокой степенью сим­ метрии обмоток (такие трансформаторы экранируются и легче, и совершеннее). Кроме того, в таких мостах лег­ ко производить предварительную нулевую балансиров­ ку. Для этой цели (при отключенном объекте измере­ ний) образцовые приборы емкости и проводимости (по­ следними в таких мостах обычно заменяются магазины сопротивлений) устанавливают в нулевые положения и с помощью регулировки специальных, корректирующих, емкостей и резисторов достигают уравновешивания мо­ ста. При точных измерениях это делается на каждой частоте, при обычных — на одной, рекомендованной для данного прибора, или средней частоте измерений. Толь-

24?

Ко после такой предварительной компенсации действия паразитных связей исходные положения образцовых приборов можно считать нулевыми и приступать к изме­ рениям.

В качестве индикатора в мостах подобного типа мо­ жно применить указатель уровня или осциллограф, но нередко используют и телефон, включаемый через ге­ теродинный детектор (рис. 12.3). Преобразователь, вос-

ДТр,

ственного генератора гетеродинного детектора Г2. На выходе преобразователя в числе прочих образуется раз­

ваются минимальной громкости звука в телефоне. Это будет означать, что напряжение частоты /у между кон­ цами индикаторной диагонали также пришло к мини­ муму.

только после этого балансировать мост. С другой сто­ роны, ошибочно, не обращая внимания на градуировку

243

вольной точке, так как легко впасть в заблуждение, по­

для сопротивлений с емкостной составляющей (схема «—», рис. 12.56). Из условия Z a b — Z Cd получим фор­ мулы (см. задачи №№ 174, 175):

— для схемы рис. 12.5а

Легко видеть, что формулы для определения актив­ ной и реактивной составляющей, представляя их сое­ диненными последовательно, для обеих схем одинаковы. Этим объясняется примененный способ включения об­ разцовых приборов Со и Д 0. Подобная схема осущест­ влена в приборе МПП-300, используемом для измерения комплексных проводимостей индуктивного и емкостно­ го характера в диапазоне частот от 0,2 до 300 кГц. По­ грешность измерений этим прибором по модулю при со­ противлениях до 1000 Ом не превышает .±(0,75% + + 0,5 Ом) и ±2% при сопротивлениях 1000— 10 000 Ом. Погрешность по углу не превышает ±2° для сопротив­

2 4 4

лений более 50 Ом и ±5° при сопротивлениях 10—50 Ом. Для компенсации влияния соединительных шнуров пре­ дусматриваются компенсационные шнуры.

Из ф-л (12.5) и (12.6) для моста М П П получаются одинаковые для обеих схем расчетные формулы в более компактном виде:

где G0= l/ R o — в сименсах; C0 — в фарадах; / — в гер­ цах; ср — угол комплексного сопротивления (Д* + і А*) (Rx — активная составляющая сопротивления в омах и АД — реактивная составляющая его полагаются соеди­ ненными последовательно).

12.3. Универсальный мост типа Е-12-2

Приведенные выше мостовые схемы часто на­ ходят свое воплощение в универсальных приборах, даю­ щих возможность производить измерения как активных сопротивлений, так и сопротивлений емкостного и ин­ дуктивного характера. Примером может служит широко распространенный мост типа Е-12-2 (ранее имевший маркировку УМ-3).

Мост имеет собственный генератор, от которого мо­ жно получить регулируемое по величине напряжение с частотой 1000 Гц. Кроме того, предусмотрено получение напряжения с частотой 100 Гц (путем удвоения частоты питающего напряжения сети), применяемого при изме­ рении больших величин индуктивности, активного сопро­ тивления и емкости.

Схемы моста (рис. 12.6), получаемые путем неслож­ ной коммутации, дают возможность измерять активные сопротивления от 0,1 Ом до 5 МОм, емкости от 10 пФ до 100 мкФ и индуктивности от 10 мкГ до 100 Г. Изме­ рения проводят в семи поддиапазонах, перекрывающих друг друга. Диапазон измерения тангенса угла потерь

—от 0,001 до 0,1, добротности — от 1 до 500. Основные погрешности измерений (6);

— для активных сопротивлений до 1 МОм 6 ^ ± ( 1 +

2 4 5

Рис. 12.6. Схема моста Е12-2 для измерения сдаіротявлекий: а) индуктивного характера; б) емкостного характера

tgö — измеренная величина тангенса; для добротности катушек ±(10 + 0,1 Q )% , где Q — измеренная величина добротности.

При питании моста от внешнего генератора погреш­ ность возрастает (для частот до 3000 Гц) не более чем вдвое. Напряжение, поступающее от внешнего генера­ тора, не должно превышать 60 В. Для контроля напря­ жения, поступающего на измеряемую катушку, предус­ мотрены клеммы, в которые в случае надобности вклю­ чают внешний вольтметр.

В качестве индикатора баланса используется микро­ амперметр (М-494)1) магнитоэлектрической системы на 100 мкА, включенный в диагональ моста через трехка­

в нервом каскаде (Усі), величина же этого тока определяется сиг­ налом, поступающим с выхода детектора «а сетку лампы первого каскада (Ус'і).

2 4 6

мост разбалансирован и сигнал на входе усилителя ве­ лик, то за счет отрицательной обратной связи, создавае­ мой АРУ, усиление падает; при уменьшении сигнала на входе усилителя (по мере уравновешивания моста) па­ дает напряжение отрицательной обратной связи, усиле­ ние возрастает, и нулевое уравновешивание происходит при максимальной чувствительности индикаторной схемы.

Схема усилителя обеспечивает избирательность на частотах 1000 и 100 Гц с помощью двух двойных Т-об­ разных мостов, настроенных на эти частоты. Переклю­ чение мостов происходит одновременно с переключением частоты генератора. Перед балансировкой моста уста­ навливают некоторое начальное значение тока через индикатор.

В процессе настройки добиваются, чтобы даже нез­ начительное изменение параметров в каждом из регули­ руемых плеч в ту и другую сторону приводило к замет­ ному увеличению отклонения стрелки.

Измерение активных сопротивлений (резисторов) происходит на постоянном токе, получаемом от выпря­ мителя, питающегося от сети. Однако, чтобы использо­ вать чувствительную схему индикации с А Р У , сигнал, поступающий из индикаторной диагонали, снова преоб­ разуется в переменный ток частотой 100 Гц с помощью вибропреобразователя.

Отсчет измеренных значений сопротивления, емкости или индуктивности производят путем умножения вели­ чины, указанной на шкале «Множитель», на значение величины «Отсчет», полученной сложением цифры сту­ пенчатой регулировки отсчета (1, 2, 3, 4) с величиной, прочтенной по шкале его плавной регулировки.

Погрешность, гарантированная заводом, не будет превзойдена, если значение величины «Отсчет» не менее 0,5. По этому признаку выбирается множитель при уточ­ нении результата.

Значения, отсчитываемые по шкалам «Q» или «tg б», перед началом измерений не следует устанавливать крайними (например, 0), так как при этом мост сильно разбалансирован по фазе и может оказаться, что регу­ лировка «Отсчет» благодаря этому не окажет заметно­ го влияния на показания индикатора.

Уточнение результата после получения ориентировоч­ ного минимума на одной из регулировок производится путем неоднократного перехода от регулировки «От­

247

счет к регулировке «Q»- или «tg5» и обратно, добиваясь при этом все более острого минимума на каждой из ре­ гулировок (при соответствующем множителе, конечно).

Следует иметь в виду, что градуировка шкал «От­ счет» и «Множитель» для индуктивностей и емкостей произведена (на основе формул,, приведенных в § 12.2) для частоты 1000 Гц. С изменением частоты на 100 Гц или при подаче напряжения какой-то частоты от внеш­ него генератора следует учитывать необходимые поп­ равки (задачи №№ 181, 183). Измерение в положении «Q» ключа «Q —tg б» возможно только при добротнос­ тях меньше тридцати (задача № 180).

12.4. Неуравновешенные мостовые схемы (измерение затухания несогласованности)

С помощью неуравновешенных мостовых схем можно измерять однотипные элементы для отбора их по заданному пределу погрешности (см. задачу № 42).

В технике проводной связи схема неуравновешенно­ го моста переменного тока часто используется для из­ мерения затухания несогласованности (рис. 12.7).

Затухание несогласованности аи определяется как 201g(l//(), где К — коэффициент отражения, равный | ( Z ,- Z 2)/(Z1+ Z 2)|.

Если в схеме, представленной на рис. 12.7, в качестве индикатора применен указатель уровня с достаточно большим входным сопротивлением, то

где pi — уровень по напряжению в децибелах для верх­ него положения ключа, а р2 — для нижнего (см. задачу №184).

248

Полуйеннуіо величину, характеризующую степегіь об­ личил одного сопротивления от другого и называемую

затуханием несогласованности, не следует смешивать с нередко встречающейся величиной, также характеризую­ щей степень отличия одного сопротивления от другого

£ід=20 lg| C2i-b-Z2^/2 У ZiZal, которую также иногда на­ зывают (неудачно) затуханием от несогласованности. Величина ад выражает добавку к собственному затуха­ нию четырехполюсника, возникшую благодаря несогла­ сованности'сопротивления генератора (нагрузки) со входным (выходным) характеристическим сопротивлени­

воспользоваться схемой измерений по методу сравнения (рис. 12.8). В этой схеме использован дифференциальный мост. При измерениях на высоких частотах обязательно производят (как было указано выше) нулевую баланси­ ровку моста. В качестве индикатора чаще всего приме­ няют указатель уровня с высокоомным входом. Величи­

Для сопротивлений, включаемых в линии связи в ка­ честве согласованных нагрузок, установлены нормы по затуханию несогласованности: для воздушных линий в пределах 20—26 дБ (2,3-^3,0 Нп), для кабельных линий в пределах 25—32 дБ (2,9-=-3,7 Нп).

2 4 9