книги / Электрорадиоизмерения

Г Л А В А О Д И Н Н А Д Ц А Т А Я

ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОРАДИОЦЕПЕЙ

11-1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Основными параметрами электрических и радиотехни­ ческих цепей с сосредоточенными постоянными являются активное сопротивление, емкость и индуктивность. Кроме того, существуют дополнительные и косвенные вспомога­ тельные параметры элементов и цепей, подлежащие измере­ нию, как, например, полное сопротивление, добротность, собственная емкость катушек индуктивности, тангенс угла потерь и пр.

Сопротивление (омическое) твердых проводников обычно измеряют на постоянном токе, что исключает влияние емкости и паразитных индуктивностей на погрешность измерения. Кроме того, при измерении на постоянном токе можно ис­ пользовать приборы магнитоэлектрической системы, обла­ дающие высокой чувствительностью и точностью.

Сопротивления в зависимоси от их величины делятся на три группы: малые сопротивления от 1 Ом и меньше, средние — от 1 Ом до 1 МОм и большие — от 1 МОм и больше. К малым сопротивлениям относятся сопротивления амперметров, шунтов, коротких проводов и пр., а к боль­ шим — сопротивление изоляционных материалов.

При измерении сопротивлений в зависимости от их вели­ чины приходится учитывать различные факторы, например: при измерении малых сопротивлений — сопротивление соединительных проводников, контактов и т. д., а при изме­ рении больших — влажность, температуру, поверхностное сопротивление и т. д.

Измерение параметров (емкости, индуктивности и др.) цепей звуковых и главным образом высоких частот имеет ряд особенностей. К ним относятся необходимость учета влияния на измерение паразитных емкостей и индуктив­ ностей, зависимость активного сопротивления от частоты вследствие поверхностного эффекта, резонансные свойства цепи и т. д.

На рис. 11-1 изображены эквивалентные схемы катушки индуктивности и конденсатора для высоких частот. Соб­ ственная емкость катушки Ск обусловлена в основном межвитковой емкостью, а индуктивность конденсатора LK определяется индуктивностью его пластин и токоподводя-

Щих проводов, что особенно сильно сказывается на высоких частотах.

Обычно емкость конденсатора и индуктивность катушки измеряются без учета паразитных параметров LKи соответ­

Зависимость между индуктивностью катушки L и ее действующим значением /,д, а соответственно между С и Сд определяется следующими формулами:

1+ F " /со

Следовательно, измеренные значения LK и Сд всегда больше действительных значений L и С.

Влияние частоты особенно сильно сказывается на резуль­ тате измерения активного сопротивления, причем это влияние трудно учесть расчетным путем. Поэтому измерение R рекомендуется производить на рабочей частоте резонанс­ ным методом.

вой части шкалы. Источниками питания омметров обычно являются батареи сухих элементов, э. д. с. которых с тече­

Прежде чем приступить к измерениям, нужно убедиться в том, что при нажатии кнопки К стрелка омметра устанав­ ливается в нулевое положение. Если этого не происходит, то производится установка нуля изменением добавочного сопротивления /?д.

В омметре, выполненном по параллельной схеме, изме­ ряемое сопротивление R x включается параллельно измери­ тельному механизму. В этой схеме, так же как и в последо­ вательной, ток, протекающий через прибор Я, при постоян­ стве всех остальных параметров схемы зависит от сопро­ тивления Rx.

При разомкнутой кнопке К (Rx = °°) через измеритель­ ный механизм протекает максимальный ток, равный

/м,,кс=/?11+ ^ л •

Если Rx = 0, т. е. при закороченном приборе, ток через прибор И равен нулю, стрелка находится в крайнем левом положении. Таким образом, в омметре с параллель­ ной схемой нулевое отклонение подвижной части прибора И совпадает с нулевым значением измеряемого сопротивления. Контроль правильности показаний омметра производится при разомкнутой кнопке К- В этом случае стрелка прибора находится в крайнем правом положении (Rx = оо). Если

Вид схемы омметра выбирается в зависимости от величин измеряемых сопротивлений. Последовательную схему при­ меняют для измерения сравнительно больших сопротивле­ ний (килоомы и больше), так как включение малых Rx не вызывает заметного изменения тока в цепи. В параллельной схеме сопротивления Rx, имеющие большие значения, весьма незначительно влияют на изменение тока через измеритель­ ный механизм. Поэтому омметры по параллельной схеме применяются для измерения меньших сопротивлений. В про­ мышленных приборах часто имеется возможность включать Rx последовательно с прибором И или параллельно ему, т. е. изменять пределы измерения.

Основным недостатком омметров с однорамочным изме­ рительным механизмом является зависимость показаний

от напряжения источника питания и в связи с этим необхо­ димость предварительной регулировки. От этого недостатка свободны омметры с логометрическим измерительным меха­ низмом. Принцип действия магнитоэлектрического лого-

Из полученной формулы следует, что угол поворота логометра не зависит от напряжения питания, а определяется величиной измеряемого сопротивления Rx.

Приведенная последовательная схема омметра-лого- метра применяется для измерения сравнительно больших сопротивлений. Для измерения меньших сопротивлений применяется параллельная схема подключения Rx к одной из рамок логометра.

Приборы, предназначенные для измерения больших сопротивлений, называются мегомметрами. Особенностью мегомметров является наличие экрана, благодаря которому поверхностные токи утечки отводятся от измерительного механизма. В настоящее время выпускаются также электрон­ ные мегомметры и тераомметры, принцип действия которых сводится к измерению падения напряжения на неизвестном сопротивлении Rx. Основой таких приборов является элек­ тронный вольтметр.

ние пропорционально падению напряжения на нем и об­ ратно пропорционально току, проходящему через него.

Измерение средних сопротивлений может быть про­ изведено по одной из схем, приведенных на рис. 11-5.

Для схемы рис. 11-5, а искомое сопротивление R x опре­ деляется формулой

При измерении малых сопротивлений методом вольт­ метра-амперметра (рис. 11-6) необходимо вольтметр подклю­ чать так, чтобы он измерял падение напряжения лишь на искомом сопротивлении Rx, т. е. чтобы сопротивление токоподводящих проводов R up на показание прибора не влияло. На рис. 11-6 пунктиром показано неправильное подключение вольтметра.

Для измерения больших сопротивлений вместо ампер­ метра в схему включается гальванометр, т. е. прибор магни­ тоэлектрической системы, обладающий очень высокой чув­ ствительностью.

Погрешность измерения сопротивлений методом вольт­ метра-амперметра равна сумме погрешностей прямых изме­ рений тока и напряжения.

Измерение емкости. Измерение емкости методом вольт­ метра-амперметра может быть произведено по одной из схем, приведенных на рис. 11-7.

Если пренебречь влиянием сопротивления утечки кон­ денсатора, то

I* * g - = UaCx,

откуда

Следовательно, при измерении емкости этим методом должна быть известна частота источника питания схемы.

В зависимости от величины емкостного сопротивления измеряемого конденсатора для уменьшения влияния вход­ ного сопротивления вольтметра на результат измерения может быть использован один из вариантов схемы рис. Ц-7 При больших емкостях конденсатора (Х с мало) рекомен­ дуется схема рис. 11-7, я, при малых (Хс велико) — схема

рис. 11-7, б.

Следует отметить, что при введении в схему постоянного напряжения можно измерять емкость электролитических конденсаторов. При этом необходимо соблюдать полярность включения электролитического конденсатора в схему и иметь переменное напряжение на нем значительно меньшее* по сравнению с постоянным напряжением.

Измерение индуктивности. При измерении индуктив­ ности катушки методом вольтметра-амперметра (рис. П-^) необходимо, чтобы ее активное сопротивление R было зна­ чительно меньше ее реактивного сопротивления соL.

При этом на основании закона Ома

откуда

(П-7)

При более точных измерениях необходимо учесть актив­ ное сопротивление катушки индуктивности, так как

Z = y = ]/Я 2+ со21г,

откуда

При измерении индуктивности методом вольтметра-ампер­ метра на высоких частотах появляется погрешность измере­ ния, обусловленная влиянием собственной емкости катушки индуктивности Ск и входной емкости вольтметра Св, которая добавляется к Ск:

С = СК+ СВ.

Это объясняется тем, что измеряемая индуктивность Lx и ее шунтирующая емкость С образуют параллельный контур, сопротивление которого при приближении частоты генератора f к частоте собственных колебаний контура f0 возрастает, что эквивалентно увеличению индуктивности L. В результате этого измеренная индуктивность (действующая) окажется больше действительной, причем разница будет тем больше, чем больше частота питающего напряжения.

Величину L.v часто измеряют на рабочей частоте, что позволяет судить об эквивалентном (действующем) зна­ чении индуктивности при работе катушки.

На рис. 11-9 изображена одна из схем измерения индук­ тивности катушки со стальным сердечником и подмагничиванием.

Следует отметить, что подмагничивание сердечника ка­ тушки постоянной составляющей тока влияет на индуктив­ ность в сторону ее уменьшения, поэтому измерение индук­ тивности производится в рабочих условиях, т. е. при нали­ чии соответствующего подмагничивания.

Вначале по показаниям амперметра А при помощи R3 и Ri устанавливают определенную величину тока подмагничивания /0. Затем методом вольтметра-амперметра опреде­

ляют индуктивность катушки:

где U1— падение напряжения переменной составляющей на индуктивности (показание вольтметра 1/д); I — перемен­ ная составляющая тока, проходящего через Lx. Ток / определяется косвенно по закону Ома:

где U2 — показание электронного вольтметра V2\ R 2 — точно известное сопротивление.

Рис. 11-9 Схема измерения индуктивности ка­ тушки с сердечником и подмагничиванием

Измерение взаимной индуктивности. Для измерения взаимной индуктивности методом вольтметра-амперметра используется схема, приведенная на рис. 11-10.

Из электротехники известно, что э. д. с. взаимной индук­ тивности Е2унаводимая магнитным полем тока 1Хпервичной катушки во вторичной катушке, определяется по формуле

E2 = I1(DM.

При достаточно большом входном сопротивлении вольт­ метра, подключенного к вторичной катушке, можно считать, что показание вольтметра U примерно равно э. д. с. взаимной индуктивности.

Следовательно,