2.2. Будова, принцип роботи приладу та схеми замiщення вимiрюваних об'єктiв

Конденсатори, котушки iндуктивностi й резистори мають комплексний опiр i можуть бути поданi у виглядi однiєї зі схем замiщення (рис.2.4,а i 2.4,б).

Рис. 2.4. Схеми замiщення вимiрюваних об'єктiв

У паралельнiй схемi замiщення вимiрюваний iмпеданс подається у виглядi повної провiдностi , складовi якої (активна провiднiстьg i реактивна jВ) з'єднанi паралельно:

. (2.7)

Якщо характер реактивної провiдностi ємнiсний, то:

; (2.8)

; (2.9)

, де f – частота.

У випадку iндуктивного характеру реактивної провiдностi

; (2.10)

. (2.11)

І, вiдповiдно, iндуктивнiсть у паралельнiй схемi замiщення проявляється у виглядi вiд'ємної ємностi

. (2.12)

Таким чином, паралельну схему замiщення можна охарактеризувати активною провiднiстю g i додатною або вiд'ємною ємнiстю ±С.

У послiдовнiй схемi замiщення iмпеданс подається у виглядi послiдовного з'єднання активногоR i реактивного опору jХ

. (2.13)

Послiдовну схему замiщення можна охарактеризувати активним опором R i додатною або вiд'ємною iндуктивнiстю ±L

, (2.14)

причому вiд'ємна iндуктивнiсть означає ємнiсний характер реактивного опору:

. (2.15)

Схеми замiщення не завжди вiдповiдають фiзичнiй структурi вимiрюваного об'єкта, але в основному на частотi 1кГц фiзична структура конденсаторiв вiдповiдає паралельнiй схемi замiщення, а котушок – iндуктивностi послiдовнiй. Тому прилад Е7-8 вимiрює характеристики конденсаторiв у виглядi компонентiв паралельної схеми замiщення, а котушок індуктивності – у виглядi компонентiв послiдовної схеми.

Дуже часто активна складова (втрати) конденсаторiв i котушок iндуктивностi характеризується вiдносним фактором втрат. Таким фактором для конденсаторiв є тангенс кута втрат (tg), а для котушок індуктивності – добротнiсть (Q).

При введеннi таких характеристик повна провiднiсть i повний опiр визначаються виразами

, (2.16)

де ;

, (2.17)

де .

Прилад Е7-8 забезпечує можливiсть вимiрювання втрат конденсаторiв i котушок iндуктивностi як у формi тангенса кута втрат (tg), так i у формi активної провiдностi (для конденсаторiв) або опору (для котушок iндуктивностi).

Структурна схема приладу Е7-8 наведена на рис. 2.5.

В основi вимiрювання приладом лежить мостовий метод із фазочутливими детекторами зрівноважування.

Рис.2.5. Структурна схема приладу Е7-8:

IП – iндикаторний пристрiй; ФД – фазовий детектор;

РЛ – реверсивний лiчильник; ВС – вимiрювальна схема.

Живлення моста здiйснюється вiд генератора 1000 Гц. Напруга розбалансування мостової схеми через пiдсилювач сигналу розбалансування надходить на входи фазових детекторiв активної (АС) i реактивної (РС) складових. Опорнi напруги фазових детекторiв знiмаються з мостової схеми i вибираються такими, щоб зв'язок контурiв зрівноважування був мiнiмальним. Вихiднi напруги розбалансування з фазових детекторiв подаються на реверсивнi лiчильники, якi керують станом органiв зрівноважування мостової схеми, i на генератори iмпульсiв, якi задають швидкiсть зчислення реверсивних лiчильникiв. Напрямок зчислення реверсивних лiчильникiв визначається знаком напруги розбалансування фазового детектора, швидкiсть зчислення – величиною цiєї напруги.

Чим далi мiст вiд стану рiвноваги, тобто бiльша напруга розбалансування, тим бiльша частота повторення iмпульсiв вiд генераторiв АС i РС, тим бiльша швидкiсть зчислення реверсивного лiчильника i, вiдповiдно, прискорюється процес врiвноваження моста. У мiру наближення до балансу напруга розбалансування зменшується, внаслiдок чого зменшується швидкiсть зрівноважування моста. Для запуску й зупинки системи дискретного зрівноважування є додаткова система аналогового зрівноважування (САЗ), яка плавно зрiвноважує мiст у межах ±0,6 одиницi дискретностi (на рис. 2.5 вона для спрощення залишена поза увагою). При наявностi розбалансування, бiльшого нiж 0,6 одиницi дискретностi, САЗ знаходиться в станi обмеження i вiдбувається дискретне зрівноважування моста. При досягненнi розбалансування, яке не перевищує ±0,6 одиницi дискретностi, САЗ виходить зi стану обмеження й зупиняє роботу схеми дискретного зрівноважування моста.

Вимiрювальна схема приладу являє собою чотириплечовий мiст із трансформаторами з тiсним iндуктивним зв'язком та операцiйними пiдсилювачами А1, А2, А3. Змiна схеми, яка забезпечує перехiд вiд вимiрювання об'єктiв з ємнiсним характером реактивностi до вимiрювання об'єктiв iндуктивного характеру, досягається змiною положення перемикача "С, G-L, R". Вимiрювання втрат у виглядi активної складової (G, R) або тангенса кута втрат (tg) визначається положенням перемикача "G, R-tg".

Умови балансу моста для випадку вимiрювання С_X i g будуть такими:

; (2.18)

, (2.19)

де w, m, g, l, n – кiлькiсть виткiв обмоток трансформаторiв Т2, Т1, Т5, Т4, Т3 вiдповiдно.

Для випадку вимiрювання С_X i tg умова (2.18) не змiниться, а (2.19) набуде такого вигляду:

. (2.20)

При вимiрюваннi об'єктiв з iндуктивним характером у виглядi L_X i R_X умови балансу моста записуються так:

; (2.21)

; (2.22)

або . (2.23)

Рiвностi (2.18)-(2.22) виведенi за умови, що операцiйнi пiдсилювачi мають нескiнченно великий коефiцiєнт пiдсилення, а трансформатори схеми – iдеальнi.

Окремий вiдлiк досягається завдяки зрівноважуванню моста за реактивною складовою змiною кількості виткiв n трансформатора Т3 i за активною складовою змiною кількості виткiв l трансформатора Т4.

Спрощена схема моста подана на рис. 2.6.

Рис. 2.6. Спрощена схема моста