Вимірювання ємності, індуктивності та опору мостом змінного струму

 

 

• вивчити принцип вимірюванняювання емності, індуктивності, опору, добротності та тангесу діелектричних втрат за допомогою моста змінного струму. У результаті виконання лабораторної роботи студенти повинні:
• знати загальні питання теорії мостових схем, особливості зрівноважування мостів змінного струму, принципові схеми мостів для вимірюванняювання ємності, індуктивності, опору;
• вміти працювати з мостом змінного струму і застосовувати отримані знання в практиці вимірюванняювань.

 

 

Основними параметрами електричних кіл є активний опір R, ємність C, індуктивність L. Крім того, у котушок індуктивності в коливальних ланцюгах вимірюванняюється добротність Q, а в конденсаторів тангенс кута втрат tg . Вимірювання перерахованих параметрів здійснюється, як правило, методом порівняння, при якому вимірюваний параметр порівнюється зі зразковою мірою (зразковим резистором, конденсатором, котушкою індуктивності), чи резонансним методом. При вимірюванняі на низьких частотах найбільше поширення одержав мостовий метод вимірювання. Прилади, що використовують мостовий метод, називаються мостами постійного і змінного струму – у залежності від характеру напруги живлення. Вимірювальні мости змінного струму призначені для вимірювання ємності, тангенса кута втрат, індуктивності, добротності, взаімоіндуктивности, частоти і неелектричних величин, при наявності відповідного параметричного перетворювача.

Принципова схема моста змінного струму показана на рис. 1. 1. Умова рівноваги моста змінного струму:

де Z1 – Z4 – комплексні опори пліч моста. Записавши (1. 1.) у показовій формі, одержимо

Записане рівняння розпадається на дві рівності:

т. ч., для зрівноважування моста змінного струму необхідна наявність як мінімум двох регульованих елементів у схемі моста (підібрати модулі опору і фази). Для цих цілей в одному з пліч змінюють активною і реактивну складові.

 

 

Існує багато різних схем мостів для вимірюванняювання ємності й індуктивності. Як приклад розглянемо наступні схеми.

Вимірювання індуктивності

Для вимірювання індуктивностей найбільш поширені дві схеми, у яких індуктивність компенсується зразковими індуктивністю або ємністю. Міст (рис. 1. 2) врівноважується за допомогою змінної зразкової індуктивності L4 і зразкового резистора R4. Ця схема застосовується для вимірювання параметрів індуктивностей з низькою добротністю – (Q<30). З умови рівноваги цього моста комплексний опір вимірюваного плеча дорівнює:

 

 

Міст на рис. 1. 3. врівноважується за допомогою змінної зразкової ємності С3 чи зразкового резистора R3. Ця схема застосовується для вимірювання параметрів індуктивностей з високою добротністю (Q>30).

 

 

З умови рівноваги цього моста комплексний опір вимірюваного плеча дорівнює:

Вимірювання ємності.

Мости для вимірюванняювання ємності враховують втрати, що мають місце в конденсаторах. Вимірювальний міст для вимірюванняювання ємності з малими втратами представлений на рис. 1. 4.

 

 

Параметри конденсаторів для цієї схеми визначаються зі співвідношень:

Для вимірюванняювання ємності конденсаторів з великими втратами використовується міст із рівнобіжним включенням зразкового резистора R4 і ємності C4 (рис. 1. 5).

 

 

 

2.1. Вивчити теоретичний матеріал

2.2. За допомогою виміювального моста змінного струму Е7-9 провести наступні вимірювання:

2.2.1. Виміряти опір чотирьох резисторів R1 – R4, які взяти у викладача. Результати вимірювань занести у таблицю 2. 1.

 

 

2.2.2. Виміряти ємність і тангенс кута діелектричних втрат конденсаторів С1 та С2, а також їх ємність і tg  при паралельному і послідовному з’єднанні. Результати вимірювань занести в таблицю 2. 2.

 

 

2.2.3. Виміряти індуктивність і добротність котушок індуктивності L1 i L2. Результати вимірювань занести в таблицю 2. 3.

 

 

2.2.4. Виміряти активний опір котушок індуктивності L1, L2 і зв результатами вимірювань розрахувати їх добротність. Порівняти їх зі значеннями, отриманими у попередньому пункті.

2.3. Зробити висновки по роботі

 

 

1. Нульовий та диференційний метод вимірювання. Суть методу заміщення.

2. Класифікація мостових схем вимірювання. Виведення умови рівноваги мостів постійного та змінного струму на прикладі моста Уітстона.

3. Вимірювальні мости постійного струму. Одинарний та подвійний міст.

4. Автоматичний міст постійного струму: структурна схема, принцип дії.

5. Мости для вимірювання індуктивності: структурні схеми, межі використання, принцип дії.

6. Мости для вимірювання ємності: структурні схеми, межі використання, принцип дії.

 

 

1. Поджаренко В. А., Кухарчук В. В. Метрологические основы компьютерно-измерительной техники. -К. : УМК ВО, 1989. -216 с.
2. Поджаренко В. О., Кухарчук В. В. Вимірювання і комп’ютерно-вимірювальна техніка. -К. : УМК ВО, 1991. -240 с.
3. Мейзда Ф. Электронные измерительные приборры и методы измерений: Пер. с англ. – М. : Мир, 1990. – 535 с.
4. Маликов В. Т., Кветный Р. Н. Вычислительные методы и применение ЭВМ: Учеб. пособие. – К. : Выща шк. Головное изд-во, 1989. -213 с.
5. Шрюфер Е. Обробка сигналів: цифрова обробка дискретизованих сигналів / За ред. В. П. Бабака. -К. : Либідь, 1992. -347с.
6. Тейлор Дж. Введение в теорию ошибок. -М. : Мир, 1985. -272с.
7. Новицкий П. В., Зограф Й. А. Оценка погрешностей результатов измерений. -Л. : Энергоатомиздат, 1985. -248с.
8. Полішко С. П., Трубенок О. Д. Точність засобів вимірювання. – К. : Вища школа, 1992. -173с.
9. Гоноровский И. С. Радиотехнические цепи и сигналы. М. : Радио и связь, 1986.
10. Баскаков С. И. Радиотехнические цепи и сигналы. М. : Высш. шк. 1988 – 448 с. -ил.
11. Циделко В. Д. Проектирование микропроцессорных измерительных приборов и систем. – К. : Техніка, 1984. – 244 с.
12. Цапенко М. П. Измерительные информационные системы: Структуры и алгоритмы, системотехническое проектирование. – М. : Энергоатомиздат, 1985.
13. Каверкин И. Я., Цветков Э. И. Анализ и синтез измерительных систем. – М. : Энергия, 1974.
14. Кузьмин И. В. Оценка эффективности и оптимизации автоматических систем контроля и управления. – М. : Советское радио, 1971.