Конспект по дисциплине метрология БГУИР. Метрология и измерения Содержание
 Скачать 5.83 Mb.
|
 . Такую связь можно получить: путем намотки катушек на общий магнитопровод, применением специальных видов намотки и другими способами. Благодаря сильной связи плеч МИЦ, трансформаторные мосты оказываются хорошо защищенными от влияния внешних электромагнитных полей, стабильными во времени и по отношению к изменению температуры, а также имеют широкий частотный диапазон от единиц герц до сотен мегагерц.Перечисленные достоинства трансформаторных мостов обусловили их широкое применение в автоматических измерителях параметров ДП. 2.6.4 Резонансные измерители параметров ДП А) Общая характеристика и структурная схема резонансного измерителя параметров ДП Резонансный метод измерения параметров ДП основан на явлении резонанса в колебательных системах. Сущность его заключается в определении степени влияния измеряемого ДП на параметры образцовой колебательной системы в момент настройки ее в резонанс. Этот метод получил распространение только в области высоких частот. Так как на высоки частотах эквивалентные схемы даже простейших ДП становятся сложными, то резонансным методом измеряются практически эквивалентные (эффективные) параметры ДП. Поэтому измерения необходимо проводить на тех частотах, на которых ДП будет реально использоваться. Резонансный метод позволяет проводить такие измерения, что является его основным достоинством. C помощью резонансного метода можно определить практически любой параметр ДП, то есть резонансные измерители в принципе являются универсальными приборами. Однако исторически они разрабатываются как специализированные приборы, среди которых наибольшее распространение получили измерители добротности (QX) – куметры. Современные типы куметров являются универсальными измерителями в диапазоне частот от 1 кГц до 300МГц. Поэтому мы и рассмотрим измерение параметров ДП как режимы работы универсального резонансного измерителя. В зависимости от способа индикации момента резонанса выделяют измерители контурного и генераторного типа. Мы остановимся только на измерителях контурного типа, так как работа измерителя генераторного типа подобна работе генератора на биениях и достаточно редко используется на практике. Основным узлом резонансных измерителей параметров ДП контурного типа является измерительный резонансный контур, который связан с возбуждающим его генератором и индикатором резонанса. В качестве такого контура могут применяться последовательные и параллельные резонансные контуры, имеющие в принципе одинаковые возможности и характеристики. Важное значение для обеспечения правильности измерений параметров ДП имеет величина и характер связи измерительного контура с возбуждающим генератором. Эта связь должна быть минимальной, чтобы исключит систематические погрешности, за счет параметров контура генератора и самой схемы связи, но в тоже время достаточной для нормальной работы измерителя. Сама же связь может быть гальванической, индуктивной, емкостной и трансформаторной. Предпочтительно применение на ВЧ индуктивной или емкостной связи. Таким образом упрощенная схема универсального измерителя параметров ДП контурного типа может быть представлена в следующем виде (рисунок 2.42). Как видно из рисунка 2.42 связь измерительного контура с генератором осуществляется с помощью емкостного делителя С1С2, а с вольтметром с помощью емкостного делителя С3С4. Образцовый переменный конденсатор СО постоянно включен в контур, а к зажимам 1-5 подключается образцовая индуктивность LO или измеряемый ДП в зависимости от режима работы. Генератор вырабатывает стабильное по частоте и амплитуде напряжение синусоидальной формы. Погрешность частотной шкалы не должна превышать 1%. Установка требуемой амплитуды производится с помощью вольтметра в режиме калибровки измерителя («Калибровка»). Значение UВХ порядка 50 мВ.  Рисунок 2.42 Рассмотрим основные режимы работы измерителя. Б) Измерение СХ Для измерения СХ в простейшем случае достаточно образовать колебательный контур из СХ и LО, включить на вход генератор, а на выходе электронный вольтметр и настроить контур в резонанс изменением частоты генератора. Тогда отсчитав значение резонансной частоты fP по шкале генератора, можно определить СХ по известной формуле Томпсона для резонансной частоты колебательного контура:  (2.27)Однако в этом случае точность измерения не велика. На точность измерения влияют паразитные параметры контура, и мы фактически измеряем не СХ, а емкость контура. Поэтому в реальных приборах резонансный метод измерения СХ всегда сочетают с методом замещения, который позволяет исключить систематические погрешности. При реализации такого сочетания возможны два случая: Значение CХ  (2.28) Значение CХ>COMAX. Аналогично, как и в первом случае измеряется С1. Затем вместо перемычки к зажимам 3-4 последовательно подключается СХ. Полученный контур вновь настраивается в резонанс изменением СО и отсчитывают значение С2.  (2.29)В) Измерение LX При измерении LX резонансным методом она подключается вместо LO к зажимам 1-2. Устанавливается частота генератора fP и контур настраивается в резонанс изменением СО. Отсчитав значение СОР в момент резонанса, можно определить LX из той же формулы Томпсона:  (2.30)Погрешность, как и при измерениях СХ, достаточно большая и определяется теми же факторами. При использовании комбинированного способа измерения LX замещается в процессе измерений СО, так как изготовить образцовую катушку с переменной индуктивностью достаточно сложно. При измерении LX подключается к тем же зажимам, что и CX, а методика измерения С1 и С2 остается прежней. Здесь также возможны два случая: катушки с малой LX подключаются к зажимам 3-4, а с большим значением LX к зажимам 4-5. В первом случае при последовательном соединении катушек LO и LX общая индуктивность контура возрастает и LX определяется по формуле  (2.31)Во втором случае LX определяется по формуле:  (2.32)Для уменьшения погрешности измерения все соединения необходимо выполнять так, чтобы взаимная индуктивность между LO и LX была пренебрежимо малой. С другой стороны с помощью приведенной схемы можно измерять и взаимную индуктивность. На высоких частотах нельзя пренебрегать влиянием собственной емкости катушки CП, которая в основном является межвитковой. Ее также можно измерить с помощью рассматриваемого измерителя. Задача измерения СП может быть решена двумя способами: аналитическим и графическим. Аналитический способ позволяет определить СП по двум измеренным значениям частоты ИГ (f1 и f2) и двум соответствующим значениям емкости СО (С1 и С2), при которых контур, образованный LX и СО настроен в резонанс. В результате таких измерений:  откуда  (2.33)и, например при f2/f1=2  (2.34)а при f2/f1=  СП=–2С2.Графический способ базируется на выражении для fP, которое можно записать следующим образом:  то есть представить как уравнение прямой y=k(a+x) в координатах y=1/f2P и x=CO (рисунок 2.43). Эта прямая пересекается с осью СО при 1/f2P=0, чему соответствует СО=–СП. Таким образом, задавшись, например, значениями С1, С2 и С3 и измерив соответствующие значения fP, можно построить график и отсчитать по оси СО искомое значение СП.  Рисунок 2.43 Г) Измерение QX Известно, что при настройке последовательного колебательного контура в резонанс напряжение на его реактивных элементах в Q раз больше вводимого в контур напряжения. Таким образом в момент резонанса контура, образованного LX и СO: |