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 (С_х та G_x для паралельної і С_х та R_x для 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 U_x і U_N стануть однаковими:

U_X=U_N

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

Точність вимірювання С_х і R_x залежить 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.