Измерение индуктивности и емкости

Индуктивность I и емкость С в основном измеряются косвенным методом с помощью амперметра, вольтметра и ваттметра. Для более точных результатов применяются мостовой методМетод амперметра—вольтметра — ваттметра (рис.13) является наиболее доступным при определении параметров пассивных двухполюсников. Результаты измерений действующих значений тока I, напряжения U и мощности Р позволяют вычислить полное сопротивление Z_x = U / I, активное сопротивление R = P / I ² и реактивное сопротивление

Если измеряемой величиной является индуктивность, то она определяется по формуле: 

L = X_L / щ

а если емкость, то по следующей формуле: C = 1 /  щ

Для измерения индуктивности и емкости также широко при­меняется

мостовой метод. Схема моста, применяемого для определения параметров индуктивной катушки (R_x, L_x ), приведена на рис.14. При уравновешивании моста омическое сопротивле­ние провода обмотки индуктивной катушки

 

R_x = R ₁ R ₂ / R ₃

Измеряемая индуктивность

 

L_x = С_э R ₁ R ₂

 

где С_э — образцовая (эталонная) емкость

 

Рис. 13. Схема измерения                 Рис. 14. Схема моста для измерения индуктивности

Индуктивности и емкости методом    

Амперметра-вольтметра-ваттметра:

 П – пассивный двухполюсник.

 

 

 

рис.15. Схема моста для измерения емкости: НИ— нулевой индикатор

 

Погрешность мостовых методов измерения составляет около 1 — 3%; пределы измерения — 0,1 — 1 000 Гн. Схема моста для измерения емкости С_х и сопротивления R_x кон­денсатора с малыми потерями приведена на рис. 15. Обеспечивая условие равновесия моста, получаем выражения: С_х  = C ₀ • R ₄ / R ₂; R_{x =} R ₂ • R ₃ / R ₄

 

                                        ГЛАВА 9

            ИЗМЕРЕНИЕ ЧАСТОТЫ И СДВИГА ФАЗ

Измерение частоты. Измерение частоты является одной из важ­нейших задач измерительной техники. Для этой цели используют методы непосредственной оценки и метод сравнения. В области Низких частот (до 2 кГц) для измерения частоты применяют элек­тромеханические частотомеры. Для измерения высоких частот ис­пользуют электронные аналоговые и цифровые частотомеры. Ча­стоту нередко измеряют осциллографом (рис. 16).

При измерениях методом непосредственной оценки не тре­буется дополнительных измерительных приборов. В соответствии ^с инструкцией по эксплуатации осциллографа производят кали­бровку длительности развертки и подают исследуемый сигнал Па «ВходУ». Переключением частоты развертки и регулировкойуровня синхронизации добиваются устойчивого изображения сиг­нала на экране. Измеряют целое число периодов сигнала (в делени­ях), укладывающихся на линии горизонтальной развертки, и опре­деляют частоту исследуемого сигнала, Гц, по формуле

 

f = n / l Т_р

 

где n — число периодов исследуемого сигнала; l — длина линии раз­вертки (в делениях масштабной сетки), на которой укладывается возможно большее целое число периодов исследуемого сигнала; Т_р — коэффициент развертки в исследуемом диапазоне, с/дел.

Измерение частоты этим способом не требует, как отмечено ра­нее, других измерительных приборов, но не обладает высокой точ­ностью.

Для измерений методом сравнения дополнительно требуется ге­нератор сигналов. Измерения производят методом фигур Лиссажу.

Сигнал известной частоты от генератора сигналов подают на «Вход X» осциллографа, исследуемый сигнал — на «Вход У». Генератор горизонтальной развертки выключают. Органами управле­ния устанавливают приблизительно одинаковые размахи отклоне­ния луча по горизонтали и вертикали. Изменяя частоты генератора сигналов, стараются получить на экране фигуру Лиссажу первого порядка — эллипс или круг (рис. 17). При этом частоты исследуе­мого сигнала и генератора оказываются равными. Значение изме­ренной частоты считывают со шкалы генератора.

 

Если максимальное значение частоты имеющегося генератора ниже частоты исследуемого сигнала, можно воспользоваться более сложными фигурами Лиссажу, получаемыми на экране осциллографа при кратном соотношении частот

Рис.16 Осциллограф двухлучевой

 

Рис. 17. Фигуры Лиссажу

 

Расшифровывают подобные осциллограммы следующим обра­зом. Регулировками положения луча по вертикали и горизонтали перемещают фигуру Лиссажу так, чтобы горизонтальная и верти­кальная линии масштабной сетки экрана оказались касательными к боковой и нижней (верхней) сторонам фигуры (рис.18). Под­считывают число точек касания фигуры с линиями сетки. Отноше­ние числа этих точек показывает отношение частот генератора f _г и исследуемого f сигналов.      

 Например, для фигуры, изображенной на рис.18, соотношение частот f и f _г равно 5:2, поэтому частоту поэтому частоту исследуемого сигнала находят по формуле

f = 5 f _г /2

Рис.18. Фигура Лиссажу при соотношении частот исследуемого и эталонного сигналов 5:2

Рис.19.Измерение сдвига фаз методом эллипса

9.2Измерение сдвига фаз. Сдвиг фаз между двумя напряжениями определяется методами непосредственной оценки и сравнения при исследовании различного рода четырехполюсников (трансформатров, фильтров, усилителей и др.) в заданном диапазоне частот, а также зависимости сдвига фаз от частоты. Сдвиг фаз выражается в радианах или градусах.

Наиболее распространены для измерения сдвига фаз электдинамический (на низких частотах), электронный, цифровой фазометры и осциллограф (на высоких частотах).

Способ оценки сдвига фаз между двумя напряжениями с помощью электронно-лучевого осциллографа методом эллипса демонстрируется на рис. 19.

Одно из исследуемых напряжений   подают на вход Y а другое    на вход X электронно-лучевого осциллографа. На экране появится фигура — эллипс. Центр эллипса совмещают с началом координат. Находят точки пересечения эллипса с осями и определяют максимальную абсциссу (ординату) При t = О   напряжение  = 0, а напряжение  .

 

Отрезок ab эллипса пропорционален  ,а отрезок cd, соответствующий максимальному отклонению луча по горизонтали, пропорционален  В этом случае

Можно вычислить сдвиг по фазе и по отношению большой B и малой А осей эллипса

Погрешность измерения сдвига фаз осциллографом составляет 5 — 10 % и определяется неточностью отсчета длин отрезков, деформацией эллипса из-за наличия высших гармоник в исследуемых напряжениях, наличием собственного сдвига фаз в каналах прибора

                                                 Приложения

                           Приложение 1

                                Гальванометр

Гальванометр — это устройство для измерения электрических параметров, которое работает на основе преобразование электрического тока в механическое движение и отражает величину измеряемого параметра на шкале.

Гальванометр

Рис.1