Методы измерения емкостей и индуктивностей

Мостовой метод измерения емкости н индуктивности (см. рис. 10.20) применяют для измерения емкостей от нескольких сотен пикофарад до нескольких десятков микрофарад и больших индуктивностей. При этом определяют сопротивление Z, = ZjZj/Zj и вычисляют измеряемую емкость С, да 160000/(fZJ или индуктивность (при малом активном сопротивлении обмотки катушки) L, 160z,/f, где z -модуль комплексного сопротивления, кОм; f-частота питающего мост напряжения, кГц; С,-измеряемая емкость, пФ; измеряемая индуктивность, мГн.

Мост питают переменным напряжением частотой 500... 1000 Гц.

Емкости до 5000 пФ и индуктивности до 100 мГн обычно измеряют резонансным или генераторным методом.

Резонансный метод измерения емкости (рис. 10.24). Измеряемый конденсатор С, подключают параллельно образцовому конденсатору переменной емкости Со, а к зажимам L-катушку индуктивности. Таким образом создается последовательный колебательный контур, который питается от генератора РЧ через емкостной делитель напряжения С1, С2. Необходимые индуктивность катушки Z>, или диапазон частот генератора вычисляют по формулам

L, = 25 300/[(Co + C, + C , + CJf];

Lin = V25 300/[L,(Co + С, -f С„2 + CJ];

f... = V25 300/[LJCo i + С, + C , + CJ],

где Co и Co ( -максимальная и минимальная емкости образцового конденсатора, пФ; С^-предполагаемая измеряемая емкость, пФ; С„2-входная емкость электронного вольтметра PV2, пФ; С„-емкость монтажа контура, пФ.

Для уменьшения погрешностей измерения необходимо соблюдать условие Cj > > (Со ai + + Q + С„, + CJ.

Возможны две методики измерения.

1. При минимальной емкости образцового конденсатора Со ( изменяют частоту генератора до получения резонанса контура (показания электронного вольтметра PV2 должны быть максимальны). При этом полная емкость контура ~

С. = 25 300/(f L) и С, = С. - (Со + С„2 + С J где f-частота генератора, при которой наступил

Cf 100

0,01т'

г

резонанс, МГц; L-индуктивность контура, мкГн: С„ С„ Со, е., 2, С„-емкости, пФ.

2. При максимальной емкости С„щ^ и не-включенном конденсаторе С, перестройкой частоты генератора добиваются резонанса. Затем подключают измеряемый конденсатор С, и, не изменяя частоты генератора, перестройкой емкости конденсатора Со снова добиваются резонанса контура. Емкость измеряемого конденсатора Cj = Со - Согде Со i - емкость образцового конденсатора Со при включенном конденсаторе С,.

Расширение пределов измерения при этой методике осуществляется параллельным или последовательным подключением к конденсатору Со дополнительных образцовых конденсаторов.

Резонансный метод измерении индуктивности. Измеряемую катушку подключают к зажимам L, (рис. 10.24).

Возможны две методики измерения.

1. При произвольной емкости конденсатора Со перестройкой частоты генератора добиваются резонанса контура и вычисляют индуктивность катущки по формуле

L, = 25 30O/[(Co-bC 2 + Cjn.

2. При некоторой фиксированной частоте генератора f изменяют емкость конденсатора Со до наступления резонанса; L, вычисляют по той же формуле.

Генераторный метод измерении емкости в индуктивности (рис. 10.25). При отключенной измеряемой реактивности (С, или подстроечным конденсатором С„ приводят к одному значению частоты генераторов РЧ-1 и РЧ-2. Равенство частот определяют по нулевым биениям. В качестве индикатора нулевых биений могут быть использованы головные телефоны.

Измеряемый конденсатор С, подключают параллельно конденсатору С2 колебательного контура генератора РЧ-2. Затем емкость конденсатора С1 изменяют на значение ДС, до получения нулевых биений. Если L1 = L2, то Сх = ДС,.

Для измерения индуктивности после подготовки прибора к работе перемычку снимают и подключают измеряемую катущку Затем увеличением емкости конденсатора С1 на значение ДС, снова добиваются нулевых биений. Так как при этом L, = (L,/C2)ACi, значения L, можно отсчитывать по шкале конденсатора С1.

Генератор РЧ-1

Смеситель

Генератор P4-Z J

Рис. 10.25

Измерение емкости электролитических конденсаторов. Измерение производят низкочастотным измерителем емкостей (например, мостом типа Е12-2). Электролитический конденсатор С, подключают к измерителю емкости по схеме, изображенной на рис. 10.26. Разделительный конденсатор Ср (бумажный или металлобумажный) должен иметь большие емкость и сопротивление постоянному току. Для уменьшения погрешности измерения нужно, чтобы вьшолнялись условия С > 0,1 Q; Rl > 320O/(f CJ; Uc. > (U + +U J, где Rl-сопротивление развязывающего резистора, кОм; f-частота напряжения, возникающего на измеряемом конденсаторе С, при подключении его к измерителю емкости, Гц; С,-емкость измеряемого конденсатора, мкФ; Up, -номинальное напряжение электролитического конденсатора. В; - амплитуда переменной составляющей напряжения на измеряемом конденсаторе, В.

Измеряемая емкость С, = С^С.ДСр - CJ, где С,-показание измерителя емкости.

Емкость электролитического конденсатора может быть измерена косвенно и с помощью вольтметра переменного тока, если электролитический конденсатор включить в цепь пульсирующего тока (рис. 10.27). Поскольку для переменной составляющей пульсирующего тока конденсатор С, имеет емкостное сопротивление = = 1/((в CJ, шкала вольтметра (при фиксированной амплитуде напряжения U , питающего цепь конденсатора CJ может быть градуирована в единицах емкости. В качестве источника напряжения и. может быть использована промышленная сеть (см. рис. 10.31).

Основные технические характеристики приборов для измерения индуктивностей и емкостей приведены в табл. 10.13.

Таблица 10.13. Приборы для измерения индуктивностей и емкостей

Тип

Диапазон измерений Основная погрешность

ЕЗ-3 L: 0,01... 1000 Гн +3% Е7-4 Ь:10мкГ...100Гн +3% С:10пФ...100мкФ ± 3% Е7-5А Ь:0,05мкГ...

ЮОмГн ± 2,5%

С:1...5000пФ +5% Е8-5 С: 10 пФ... 10 мкФ ± (0,001 + 0,5 пФ +

+ 1 ед. сч.) + (0,002 + 1ед.сч.)

и

CZi-й-

л / т

Среди радиолюбителей значительной популярностью пользуются измерители L и С мостового типа с простейшими индикаторами баланса-головными телефонами.

Цифровой измеритель сопротивлений и емкостей

Упрощенная структурная схема такого измерителя приведена на рис. 10.28, а временные диаграммы напряжений в его характерных точках даны на рис. 10.29. Принцип действия прибора основан на измерении временного интервала, равного постоянной времени цепи разрядки конденсатора через резистор, электронно-счетным методом. При измерении R, берут образцовый конденсатор С„бр- Поскольку постоянная времени цепи разрядки конденсатора т есть интервал времени, по истечении которого напряжение на конденсаторе изменяется в е раз, то интервал A/ = T = R,C 6p (рис. 10.29) формируется с помощью сравнивающего устройства СУ, на входы которого подаются напряжение с разряжающегося конденсатора = Uoe-*-o (здесь tg-время начала разрядки; t-текущее время) и по-

о

®

®

Т -I

®

т

иУО

®

\ ®

Рис. 10.28

Рис. 10.27

стоянное напряжение = Uj/e, снимаемое с прецизионного делителя напряжения R2, R3.

Перед началом измерения конденсатор С^ контактами реле К (это может быть электронное реле) подключается к источнику напряжения Uq и полностью заряжается до этого напряжения (рис. 10.28, 10.29). При нажатии кнопки Пуск управляющее устройство УУ переключает контакты реле К, благодаря чему начинается разрядка конденсатора С^р через резистор R,. Одновременно с началом разрядки конденсатора (момент to) управляющее устройство выдает импульс (рис. 10.29, 1), которым триггер Т переводится в состояние 1 (рис. 10.29, 2). При этом открывается временной селектор ВС и на вход электронного счетчика СИ от генератора счетных импульсов ГСИ начинают поступать импульсы для счета (рис. 10.29, 3, 4). В момент t.

напряжение Ui на конденсаторе станет равным напряжению и сравнивающее устройство выдаст импульс (рис. 10.29, 5), которым триггер переведется в состояние 0. Счет импульсов прекратится (рис. 10.29, 2, 4).

За время At = ti - to = т счетчик подсчитал ш импульсов, следовавпшх с периодом Т, (рис. 10.29, 3). Так как при и, = Uj = т = = R,C = шТк (с погрешностью +Т,), то R, = = п1(ТуС^р) = km.

Для удобства отсчета целесообразно выбирать параметры Т, и Cjp таким образом, чтобы вьшолнялось равенство Кц = 10° Ом/импульс, где п = О, ± 1, ± 2; ± 3.

Рассмотренный прибор позволяет измерять и емкость конденсаторов. Для этого следует взять образцовый резистор и подключить его к зажимам R, а измеряемый конденсатор С,-к зажимам С^р. Работа прибора при измерении С, аналогична описанной. При этом С, = ш(Т,/

RoeJ = к,ш. Tip

BE БОИ ЮЗбк F6 22,1,4к

Ю1500

R9 8,5к то Зн

Три правильном выборе параметров элементов и узлов прибор может измерять R и С с погрешностями в доли процента.

Рис. 10.30

10.4. КОМБИНИРОВАННЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Электромеханические ампервольтомметры .

в большинстве электромеханических вольтметров, амперметров и омметров применя-ются высокочувствительные измерители магнито- ~ электрической системы. Поэтому целесообразно использовать один такой измеритель в единой конструкции для измерения напряжений, токов и - я сопротивлений. Такие комбинированные прибо- x, 1-х ры получили название ампервольтоммет-ров (табл. 10.14). Часто их называют также авометрами, тестерами или мультиметрами.

На рис. 10.30 в качестве примера приведена схема авометра типа Ц4325; его измеритель имеет ток предельного отклонения 24 мкА. Стабилитроны VD1 и VD2 предохраняют измеритель от перегрузок. Рис. 10.31

sa1.1.

ir t

SA1.2

Т

SA1.3

>-<b-w-