Измерение параметров, компонентов и цепей (r, l, c)

Назначение измерителя RLC, классификация и требования

В технике связи очень часто приходится в отдельности измерять чисто активные сопротивления R, индуктивность L и емкость C. Для этих целей можно использовать омметры, кило омметры, мега омметры, логометры, мосты постоянного тока, мосты переменного тока. Требования к этим измерителям:

1. Широкой диапазон измерения RLC;

2. Высокая точность измерения;

3. Приборы должны обладать высокой чувствительностью;

4. Равномерность шкалы;

5. Независимость показаний от температуры окружающей среды и частоты сигнала.

Омметры последовательной схемы и параллельной схемы

Самыми простыми приборами для измерения RLC являются омметры, которые могут быть последовательной схемы и параллельной схемы. В свою очередь они могут быть однорамочные и двухрамочные (логометры).

Последовательная схема однорамочного омметра имеет вид:

В этой схеме R_x включается последовательно к обмотке прибора.

1. Ключ S замкнут – режим калибровки – в схеме протекает максимальный ток и в этом случае с помощью устанавливаем стрелку прибора на 0.

2. Ключ S разомкнут – режим измерения – Ток в этом случае зависит только от , если , , – константы, и шкалу градуируют в кило омах, мега омах.

C течением времени меняется , поэтому нужна калибровка. Эта схема используется для измерения больших сопротивлений, т.к. включение малых сопротивлений не вызывает заметного отклонения стрелки прибора.

Недостатки:

1. Необходимость калибровки;

2. Неравномерность шкалы.

Параллельная схема однорамочного омметра имеет вид:

1. Ключ S – разомкнут – режим калибровки. В этом случае в схеме протекает максимальный ток . С помощью устанавливаем стрелку прибора на бесконечность.

2. Ключ S – замкнут – режим измерения. .

Из последней формулы видно, если , и = const, то ток зависит только от , шкалу следовательно прибора можно сразу отградуировать в Ом, кОм. Параллельная схема омметра используется для измерения малых сопротивлений, т. к. включение больших сопротивлений не вызывает заметного отклонения стрелки прибора. Недостатки этой схемы:

1. Неравномерность шкалы;

2. Необходимость калибровки.

Электронные омметры

Электронный омметр – когда к предыдущим схемам омметра добавляется усилитель постоянного тока и схема имеет вид:

В данной схеме необходимо выполнить два условия:

1. R₀>>R_x

2. Rв>>R_x

Измерительный прибор реагирует на напряжение, которое падает на R_x.

Из последней формулы видно, если и =const, то показание прибора зависит только от , следовательно, шкалу прибора можно сразу отградуировать в Ом, кОм, мОм.

Мосты постоянного тока и переменного тока

Для увеличения точности измерения RLC обычно используют мостовые схемы измерения RLC, которые могут быть постоянного и переменного тока. Мосты постоянного тока применяются для измерения чисто активных сопротивлений, а мосты переменного тока – для измерения L и C, которые зависят от частоты.

Схема моста постоянного тока имеет вид:

В данной схеме имеется две диагонали: диагональ источника питания и диагональ индикатора (гальванометр) и 4 плеча R1, R2, R0, Rx. При подключении Rx и замыкании ключа S, стрелка гальванометра отклоняется от 0 влево или вправо, тогда начинаем изменять R₀ до тех пор, пока стрелка прибора не установится на отметку 0. Это означает, что схема моста уравновешена, тогда можно записать условие равновесия: произведение сопротивлений противолежащих плеч моста равны между собой.

, отсюда .

R₁ и R₂ – балансные плечи, R₀ – образцовое плечо, R_x – измеряемое плечо.

Рассмотрим схему моста переменного тока для измерения катушки индуктивности L_x и ее активной составляющей R_x по следующей схеме:

В мостах переменного тока в качестве источника питания используется генератор, а в качестве индикатора – измеритель уровня (dB). Замыкаем ключ S и измеряем L₀ и R₀ до тех пор, пока стрелка прибора не покажет минус бесконечность. Это означает, что схема моста уравновешена. Для мостов переменного тока в состояние равновесия записывается два условия равновесия:

1. Произведение модулей сопротивлений противолежащих плеч моста равны между собой ;

2. Сумма фазовых углов противолежащих плеч равны между собой .

Теперь для схемы L_xR_x запишем условия равновесия:

Рассмотрим измерение емкости C_x и ее активной составляющей R_x:

Замыкаем ключ S и уравновешиваем схему моста с помощью R₀ и С₀. В состоянии равновесия запишем условие равновесия мостовой схемы.

Цифровой измеритель RLC

В последнее время стрелочные приборы для измерения RLC заменяются на цифровые, которые обладают рядом достоинств:

1. Высокая точность измерения;

2. Быстродействие;

3. Возможность подачи результата измерения на ЭВМ;

4. Исключены субъективные ошибки измерителя.

Упрощенная схема цифрового измерителя RLC имеет вид:

СУ – сравнивающее устройство;

БАО – блок автоматического управления;

БЦО – блок цифрового отсчета.

В данной схеме при подключении Z_x к схеме равновесие моста нарушается, и напряжение равновесия или ток покажет СУ. СУ сравнивает это напряжение с эталонным (U=0), дает команду БАУ и БАУ начинает изменять Z₁ и Z₂ до тех пор, пока схема не придет в состояние равновесия и СУ, получив такой сигнал, дает команду БАУ остановиться, а на БЦО появляется результат измерения.