Повна версія

Головна arrow Техніка arrow ВИМІРЮВАННЯ В ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНИХ СИСТЕМАХ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

МОСТОВІ МЕТОДИ ВИМІРЮВАННЯ ПАРАМЕТРІВ ЕЛЕМЕНТІВ

У вимірювальної практиці використовують різноманітні вимірювальні мости. Набули поширення мости постійного і змінного струму, врівноважені і неврівноважені мостові схеми.

Урівноважені мости

Четирехплечій міст постійного струму

Мал. 7.6. Четирехплечій міст постійного струму

Міст постійного струму (рис. 7.6) складається з чотирьох резисторів /? ,, Л 2 , /? 4 , що утворюють чотири плеча схеми, джерела живлення Е і індикатора І.

Умовою балансу (урівноваження) такого моста є відсутність струму через індикатор І, що забезпечується рівністю творів величин опорів протилежних плечей моста:

звідки, якщо прийняти отримуємо

Рівновага моста досягається зміною Л 3 і відносини R 2 / R. Ставлення опорів R 2 / R називають масштабним множником, його значення вибирається рівним 10 ", де п - ціле позитивне або негативне число з переходом через нуль. Плече Л 3 моста в цьому випадку називають плечем врівноваження.

Четирехплечій міст змінного струму

Мал. 7.7. Четирехплечій міст змінного струму

Метод вимірювального моста змінного струму знаходить широке застосування для вимірювання омічного опору, ємності, тангенса кута втрат, індуктивності, добротності.

На відміну від мостів постійного струму, тут в одну діагональ моста включений джерело змінної напруги (генератор низької частоти), в іншу - нульовий індикатор змінної напруги, плечі моста - двухполюсники з повним опором Z (pnc. 7.7).

Рівновага моста досягається за умови рівності творів комплексних опорів протилежних плечей:

У показовою формі це рівність буде мати вигляд

де | Z, | ... | Z 4 | - модулі повних опорів плечей;

Ф, ... ф 4 - фазові зрушення між струмом і напругою в відповідному плечі.

Рівність (7.5) можна представити у вигляді двох виразів. Рівність творів модулів комплексних опорів протилежних плечей:

Рівність сум аргументів комплексних опорів протилежних плечей:

Рівняння (7.6) називають баланс амплітуд, а рівняння (7.7) - баланс фаз моста.

Рівності (7.6) і (7.7) визначають умови рівноваги моста. Вони показують, що міст змінного струму потрібно врівноважувати регулюванням активної і реактивної складових плечей, т. Е. Рівновага здійснюється за модулями і фазами. При цьому рівняння (7.6) і (7.7) рівносильні і обов'язкові для досягнення рівноваги моста. Умова (7.7) вказує, при якому розташуванні плечей в залежності від їх характеру можна врівноважити схему. Якщо суміжні плечі, наприклад третє і четверте (див. Рис. 7.7), мають чисто активні опори / ?, і /? 4 , тобто <р, = <р 4 = 0, то два інших суміжних плеча можуть мати або індуктивний, або ємнісний характер. Якщо протилежні плечі чисто активні, то одне з двох інших опорів повинно бути індуктивним, а інше - ємнісним.

Міст для виміру ємності

Мал. 7.8. Міст для виміру ємності

Розглянемо міст для вимірювання ємності та кута втрат конденсаторів (рис. 7.8).

Два його плеча складені з магазинів опорів R 2 і /? 4 . Третє плече утворено послідовно з'єднаними зразковими конденсатором С 0 і змінним резистором з малим опором Л 0 . Зразковий конденсатор вибирається з малими втратами, якими можна знехтувати. У третю плече включений вимірюваний конденсатор С х , опір втрат в якому R x .

Повні опору плечей в даній схемі визначаються наступними рівностями:

Відповідно до формули рівноваги моста (7.4) маємо або

Прирівнявши окремо дійсні та уявні частини, отримаємо

Кут втрат 6 Л ., Що доповнює 5 t до 90 °, визначається виражений їм tg 6 Л . = З /? 0 С 0 .

Як регульованих елементів мостів найчастіше вико ють резистори, так як вони простіше і дешевше у порівнянні з регули руемой ємністю і магазином индуктивностей.

Міст для виміру індуктивності

Мал. 7.9. Міст для виміру індуктивності

Процеси врівноваження моста змінного струму для вимірювання індуктивності котушки розглянемо на прикладі схеми на рис. 7.9.

Тут для вимірювання індуктивності L x використовують зразковий конденсатор З 0 , що включається в плече, протилежне о-пліч з вимірюваної індуктивністю. Паралельно з конденсатором С "включають резистор /? 0 . В інші два плеча включають магазини опорів Я г і

Повні опору плечей визначаються рівностями

Рівновага моста визначається рівністю з якого випливає, що

На підставі викладеного можна зробити висновок, що для мостів, у яких два плеча містять тільки активні опори, а два інших - реактивні (див. Рис. 7.8, 7.9), справедливі наступні твердження:

  • - якщо активні опори знаходяться в суміжних плечах (рис. 7.8) Л, і /? 4 і (р, = ф 4 = 0, то два інших плеча повинні містити опору одного характеру (індуктивного або ємнісного), що забезпечує виконання умови
  • - якщо активні опори розташовані в протилежних плечах (рис. 7.9) Л, і Л, і <р, = ср 3 = 0, то характер опорів двох інших плечей повинен бути протилежним, що забезпечує виконання умови ср, = - ср 4 .

Похибки вимірювань параметрів ланцюгів з використанням розглянутих мостів складають десяті і соті частки відсотка від вимірюваної величини.

Ці похибки визначаються наступними причинами: похибкою значень зразкових елементів схеми моста; впливом паразитних зв'язків між елементами схеми; впливом нестабільності параметрів елементів схеми; нестабільністю частоти джерела змінної напруги та ін.

Типова схема трансформаторного моста представлена на рис. 7.10. Обмотки трансформатора напруги Тр 1 включають узгоджено, а обмотки трансформатора струму ТР2 - зустрічно.

При включеному джерелі змінної напруги? ЧерезТр1 здійснюється харчування моста. За рахунок струмів / х . і / 0 , що протікають через обмотки W u W b W } , IV 4 , на зразковому опорі Z 0 і вимірюваному опорі Z x відбувається падіння напруги. Змінюючи число витків я 3 , л 4 , можна домогтися зрівноважування моста, тобто нульового показання вольтметра V.

трансформаторний міст

Мал. 7.10. трансформаторний міст

Умова рівноваги моста:

Враховуючи що

рівняння рівноваги моста (7.8) набуде вигляду

З (7.9) випливає, що умова рівноваги трансформаторного моста визначається відношенням числа витків, на яке не впливають зовнішні фактори. При постійному значенні зразкового опору /? 0 можна забезпечити широкі межі вимірювань за рахунок зміни кількості витків в трансформаторах ТР1 і ТР2. Трансформаторні мости забезпечують відносну похибку в діапазоні звукових частот 0,001 ... 0,01%. На основі трансформаторних мостів реалізовані вимірювачі індуктивності (ЕЗ-З) і вимірники ємності (Е8-4)

Неврівноважені мости

Роботу неврівноважених мостів пояснимо схемою, наведеною на рис. 7.11, яка представляє собою схему Т-образного моста.

Схема неврівноваженого моста

Мал. 7.11. Схема неврівноваженого моста

На відміну від врівноважених мостів, розглянутий міст не вимагає балансування. Результат вимірювання відразу відображається індикатором. Оперативність отримання результату вимірювання в даному методі на порядки вище, ніж при вимірах врівноважених мостів, так як балансування моста відсутній, а саме вона і визначає тривалість вимірювання. У той же час похибки даних вимірювань істотно більше, ніж вимірювання врівноважених мостів.

 
<<   ЗМІСТ   >>