4. ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЛИНЕЙНЫХ КОМПОНЕНТОВ

ЦЕПЕЙ

В работе изучаются методы измерения параметров линейных компонентов, а также основные технические характеристики, устройство и применение измерителя иммитансных параметров Е7-15.

Программа работы включает измерение параметров резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности. Предусмотрена статистическая обработка результатов измерений и расчет погрешностей измерений.

4.1. Метод измерения иммитансных параметров линейных компонентов

К иммитансным параметрам электро- и радиокомпонентов электрических цепей относятся: сопротивление R или проводимость G=1/R, индуктивность L, емкость C. Кроме них иногда требуется измерять также относительные параметры: фактор потерь D (тангенс угла потерь) или добротность Q=1/D.

Полное сопротивление содержит в общем случае активную R и реактивную X компоненты (рис. 1). Если реактивное сопротивление носит индуктивный характер, то , а если емкостной, то ,  - круговая частота, а f - частота, на которых проводят измерения. При индуктивном характере сопротивления в последовательной эквивалентной схеме (рис. 1) , в случае емкостного характера сопротивления .

Полная проводимость также в общем случае состоит из активной G и реактивной B компонент (рис. 2). Для реактивной проводимости емкостного характера , а при индуктивном характере . В параллельной схеме (рис. 2) .

Рис. 1 Рис. 2

Измеритель иммитанса Е7-15 предназначен для измерения иммитансных параметров электрорадиокомпонентов: резисторов, конденсаторов, катушек индуктивности.

В основу работы прибора положен интегрирующий метод измерения со вспомогательным опорным напряжением. Структурная схема прибора приведена на рис. 3. Напряжение рабочей частоты генератора подается на измеряемый объект, подключаемый к преобразователю . Преобразователь формирует два напряжения, одно из которых U_т пропорционально току, протекающему через измеряемый объект, а другое U_н  напряжению на нем. Отношение этих напряжений равно полной проводимости Y или полному сопротивлению Z.

Рис. 3

Измерение отношения напряжений проводится аппаратно-программным логометром. Его аппаратная часть состоит из коммутатора, масштабного усилителя, синхронного детектора, интегратора, счетчика результата измерения. Итогом работы программной части логометра является расчет отношения напряжений.

На рис. 4 изображены векторы и опорное вспомогательное напряжение U_оп с произвольной фазой.

Проекции векторов на опорное напряжение U_оп и jU_оп выделяются синхронным детектором (СД) и измеряются в некотором произвольном масштабе измерителем интегрирующего типа. Полная проводимость определяется выражением

, (1)

где G - активная проводимость, B - реактивная проводимость,- числитель измеряемого отношения, - знаменатель измеряемого отношения, E, F, S, T проекции векторов на опорное напряжение U_оп и jU_оп. Из (1) следует

, . (2)

Рис. 4

Аналогичные соотношения имеют место для вычисления полного сопротивления

,

где R- активное сопротивление, X- реактивное сопротивление, вычисляемые по формулам

, . (3)

При измерении высокоомных объектов (1-4 пределы измерения), когда генератор сигнала является источником напряжения, предпочтительнее осуществлять измерения в виде составляющих полной проводимости .

В случае измерения низкоомных объектов источник сигнала работает как генератор тока (5-8 пределы измерения) и более удобным является измерение в форме составляющих полного сопротивления . Требуемая форма иммитанса достигается пересчетом из первичной формы (G, B или R, X) и осуществляется контроллером. Расширение пределов измерения достигается за счет изменения коэффициента передачи усилительного тракта логометра при измерении составляющей в 10, 100 и 1000 раз.

Для измерения квадратурных составляющих напряжений E, F, и S, T эти переменные напряжения с частотой 100 Гц или 1000 Гц поочередно подаются на синхронный детектор. На управляющий вход синхронного детектора поступает опорное напряжение той же частоты F_оп, причем в зависимости от измеряемой квадратуры либо непосредственно, либо со сдвигом фазы на 90^. Далее преобразованные в постоянное напряжение квадратуры поочередно поступают на интегратор, с помощью которого формируются прямоугольные импульсы, длительность которых пропорциональна напряжению соответствующей квадратуры (рис. 5). Эта процедура, известная как метод двойного интегрирования, заключается в следующем. Сначала конденсатор С интегратора заряжается током I_x, пропорциональным измеряемой квадратуре, в течение известного фиксированного времени T_з. Затем конденсатор разряжается до нуля известным током I_р в течение некоторого времени разряда T_р. Таким образом, в конце цикла напряжение на конденсаторе будет равно нулю

, откуда .

Если I_р/T_з=10^т, где m=0, , то . При этом длительность интервала T_р измеряется методом дискретного счета в виде T_р=kT₀. Для этого используется счетчик импульсов, следующих с известным периодом T₀ и попадающих на интервал действия прямоугольного стробирующего импульса длительностью T_р. Счетчик измеряет количество счетных импульсов k, попавших в пределы стробирующего импульса.

Рис. 5

После измерения подобным образом всех четырех квадратур производится вычисление параметров с использованием формул (2) или (3). Следует отметить, что напряжение на выходе интегратора может быть отлично от нуля в отсутствие квадратурных напряжений на его входе. Поскольку это может влиять на результат измерения, то для ликвидации этой составляющей погрешности измерения квадратурных напряжений перед началом цикла производится измерение нуля интегратора с учетом дрейфа нуля синхронного детектора. Результат этого измерения автоматически учитывается контроллером в виде поправки при расчете.

4.2. Краткое описание характеристик измерителя иммитанса е7-15

Измеритель иммитанса е7-15

Прибор предназначен для автоматического измерения параметров конденсаторов, катушек индуктивности и резисторов на частотах 100 Гц и 1 кГц. Основные измеряемые величины и пределы измерений даны в табл. 4.1 и 4.2

Таблица 4.1

Предел измерения	Емкость C на частотах, kHz		Проводимость G
	0.1	1
1 2 3 4 5 6 7 8	1-1600 pF 0.01-16.00 nF 0.1-160.0 nF 1-1600 nF 1.600-16.00 F 16.00-160.0 F 160.0-1600 F 1.600-20.00 mF	0.1-160.0 pF 1-1600 pF 0.01-16.00 nF 0.1-160.0 nF 160.0-1600 nF 1.600-16.00 F 1.600-16.00 F 160.0-1600 F	1-50 nS 0.01-1.00 S 0.1-10.0 S 1-100 S - - - -

Таблица 4.2

Предел измерения	Индуктивность, L на частотах, kHz		Сопротивление, R
	0.1	1
1 2 3 4 5 6 7 8	1.600-1600 kH 160.0-1600 H 16.00-160.0 H 1.600-16.00 H 1-1600 mH 0.1-160.0 mH 0.01-16.00 mH 1-1600 mH	160.0-1600 H 16.00-160.0 H 1.600-16.00 H 160.0-1600 mH 0.1-160.0 mH 0.01-16.00 mH 1-1600 H 0.1-160.0 H	1.000-20.00 M 100.0-1000 k 10.00-100.0 k 1.000-10.00 k 1-1000  0.1-100.0  0.01-10.00  1-1000 m

Пределы допускаемого значения основной погрешности измерения иммитансных параметров на частотах 0.1 и 1 kHz должны быть равны значениям, указанным в табл. 4.3-4.10. C^', L^', R^', G^' максимальные значения измеряемых на каждом из пределов величин (табл. 4.1 и 4.2).

Таблица 4.3

Параметр	Предел измерения	Погрешность измерения
C	1
	2-4
	5-7
	8

Таблица 4.4

Параметр	Предел измерения	Погрешность измерения
L	1
	2-4
	5-7
	8

Таблица 4.5

Параметр	Предел измерения	Погрешность измерения
R	1
	2-4
	5-7
	8

Таблица 4.6

Параметр	Предел измерения	Погрешность измерения
G	1
	2-4

Таблица 4.7

Параметр	Предел измерения	Погрешность измерения
D (для емкостей)	1
	2-4
	5-7
	8

Таблица 4.8

Параметр	Предел измерения	Погрешность измерения
D (для индуктив-ностей)	1
	2-4
	5-7
	8

Таблица 4.9

Параметр	Предел измерения	Погрешность измерения
Q (для емкостей)	1
	2-4
	5-7
	8

Таблица 4.10

Параметр	Предел измерения	Погрешность измерения
Q (для индуктив-ностей)	1
	2-4
	5-7
	8

4.3. Описание лабораторного макета

Лабораторный макет используют для измерений прибором Е7-15. Он содержит: 30 резисторов, любой из которых с помощью переключателей S1 ...S3 можно подключить к гнездам R_x; 30 конденсаторов, подключаемых теми же переключателями к гнездам С_х; конденсатор с диэлектриком из сегнетокерамики, соединенный с гнездами СЕГНЕТОКЕРАМИЧЕСКИЙ КОНДЕНСАТОР, а также катушку индуктивности с сердечником из феррита, подключенную к гнездам КАТУШКА С ФЕРРОМАГН. СЕРДЕЧНИКОМ.

4.4. Задание и указания к выполнению работы