Лекция: Вимірювання електричного опору, ємності, індуктивності мостами змінного струму

У колах змінного струму не­обхідно вимірювати, крім еле­ктричного опору, такі фізичні ве­личини, як індуктивність, єм­ність, реактивний, активний та повний опори, добротність, кути втрат тощо. Для вимірювання та­ких параметрів широко засто­совують мости змінного струму (рис. 9). Структура моста змінного струму аналогічна структурі моста постійного стру­му. На відміну від моста постійного струму у мості змінно­го струму слід враховувати під час врівноваження мосту не тільки амплітудні, а й фазові співвідношення, що значно ускладнює процес урівноважування. Сучасні мости змінно­го струму — це складні вимірювальні комплекси, до складу яких входить мікропроцесор. Це дає змогу авто­матизувати процес врівноважування, вибирати автоматич­но оптимальну схему заміщення і діапазон вимірювання та виконувати інші сервісні функції.

Рис.9

Схеми заміщення. Схеми заміщення реальних котушок індуктив­ності, обмоток, соленоїдів. Індуктивність — це фізич­на величина, яка характеризує властивість електротех­нічних пристроїв (котушок, обмоток, дроселів, соленоїдів тощо) нагромаджувати енергію в магнітному полі під час проходження по них електричного струму.

У реальних котушках, обмотках, соленоїдах, крім на­громадження енергії в магнітному полі, відбувається втрата електричної енергії на нагрівання, тому вони характеризуються двома параметрами: індуктивністю і активним опором.

На рисунку 10 наведено послідовну, а на рисунку 11 – паралельну схему заміщення реальної котушки або обмотки.

Рис.10 Рис.11

Добротність котушки Q — це параметр, який характеризує ступінь наближення реальної котуш­ки до ідеальної і обчислюється за формулою

Схеми заміщення реальних конденсаторів. Єм­ність — це фізична величина, яка характеризує здатність фізичних тіл нагромаджувати електричний заряд. Реаль­ний конденсатор, крім ємності, характеризується втрата­ми енергії і тому має схему заміщення з двох ідеальних елементів: ідеальних ємнісного та резистивного, які можуть з’єднуватися або послідовно (рис.12) — послідовна схема заміщення, або паралельно (рис. 13) – паралельна схема заміщення.

Рис. 12 Рис. 13

Параметри схеми заміщення (Схта Gxдля паралельної і Схта Rxдля послідовної) вимірюють у більшості ви­падків за допомогою мостів змінного струму. Для конден­саторів з великими втратами доцільно застосовувати першу схему (рис.12), а для конденсаторів з малими втратами – другу (рис.13).

Мости змінного струму. Застосування мостів для вимірювання параметрів конденсаторів. Міст (рис. 14) врівноважують, змінюю­чи ступенями ємність cn послідовно за декадами, почина­ючи зі старшої і закінчуючи молодшою. Після зрівнова­ження моста вихідні напруги вимірювальних перетворю­вачів Uxі UNстануть однаковими:

UX=UN

Виразивши напруги UX іUN. через параметри моста і підставивши їх у попереднє рівняння, і виконавши нескладні перетворення отримаємо:

Точність вимірювання Схі Rxзалежить від співвідно­шення опорів R1 і R2 і від точності, з якою відомі опір Rn та ємність Cn, і не залежить від напруги живлення. Ана­логічні залежності можна отримати і для іншої схеми (рис. 15).

Рис.14 Рис. 15

Вимірювання індуктивності і добротності.За допомогою моста (рис. 16) параметри реальної котушки і вимірюють методом порівняння зі зразковою котушкою з відомими параметрами і .

Рис.16 Рис.17

Врівноважують такий міст зміною опору резистора R, який можна ввімкнути послідовно зі зразковою або досліджуваною котушкою. У зрівноваженому мості параметри і досліджуваної котушки визначаються за параметрами зразкової котушки і згідно з залежностями:

Крім зразкової котушки, часто використовують також зразковий конденсатор, ємність якого зручніше змінювати ніж індуктивність котушок (рис. 17). Врівноважують міст зміною опору і ємності Cn . Параметри досліджуваної котушки визначаються за формулами:

Останнім часом дедалі частіше застосовують універ­сальні мости, за допомогою яких можна вимірювати такі параметри, як опір, ємність, індуктивність, втрати в кон­денсаторах, добротності котушок тощо. Такі мости, як правило, автоматичні, тобто врівноважування такого моста здійснюється не вручну, а автоматично — під керуван­ням мікропроцесора.

Контрольні запитання:

1. Дайте характеристику мір електричного опору, ємності, індуктивності, взаємної індуктивності

2. У чому полягає принцип дії електромеханічного омметра ?

3. Опишіть принцип дії електронного омметра.

4. Наведіть основні характеристики одинарного моста постійного струму.

5. Назвіть особливості подвійних мостів постійного струму.

6. Як вимірюється опір за допомогою компенсаторів постійного струму ?

7. Як вимірюється опір за допомогою амперметра і вольтметра ?

8. Що таке схеми заміщення і для чого вони застосовуються ?

9. Опишіть структуру мостів змінного струму

Перелік використаної літератури:

1. Гуржій А.М., Поворознюк Н.І. Електричні і радіотехнічні вимірювання: Посіб. для пед працівників та учнів проф..-техн. Навч. Зал. – К.: Навч. Книга, 2002. – 287ст.

2. Поліщук Є.С. Методи та засоби вимірювань неелектричних величин: Підручник. – Львів: Видавництво Державного університету „Львівська політехніка”,2000. – 360с.

3. Электрические измерения (с лабораторными работами): Учебник для техникумов Под редакцией В.М. Малиновского. -: Энергоиздат, 1982.-392с.

4. Бурдун Г.Д., Марков Б.Н. Основы метрологии.-М.: Издательство стандартов, 1972.

5. Хромой Б.П., Моисеев Ю.Г. Электрорадиоизмерения.-М.: Радио и связь. 1985

6. Котур В.И. и другие. Электрические измерения и электроизмерительные приборы: Учебник для техникумов/ В.И.Котур, М.А.Сомская, Н.Н.Храмова. – М.: Энергоатомиздат, 1986.400 с.