Измерение параметров электрических цепей на переменном токе. Измерение параметров конденсатора с помощью моста переменного тока, страница 6

Входы осциллографа разделены трансформатором, который служит для гальванического разделения моста от общей точки двух входов осциллографа. На практике мостовые цепи, собираемые из отдельных элементов, применяются крайне редко. Значительно большее использование находят мосты для измерения сопротивлений, емкостей и индуктивностей, которые совмещаются в одном приборе и носят название универсальных измерительных мостов (например, Е7-10, см. п.1.4.8 части I Лабораторного практикума [1]). Режим измерения устанавливается оператором с помощью переключателей, позволяющих образовать цепи мостов для измерения параметров сопротивления, емкости и индуктивности. В этом приборе уравновешивание моста выполняется вручную и в качестве индикатора равновесия в них применяется магнитоэлектрический стрелочный прибор. В приборе Е7-8 (см. п. 1.4.7 части I Лабораторного практикума [1]) мост уравновешивается автоматически, и потому индикатор равновесия отсутствует.

6.2.1. Измерение емкости

Конденсаторы, параметры которых подлежат измерению в настоящей работе, имеют малые потери, и их схема замещения - последовательная. Поэтому используется мост, изображенный на рис. 1. Исследуемый конденсатор представлен емкостью Сх и активным сопротивлением Rx. Условия равновесия моста определяются следующими соотношениями:

откуда                                  (4)

где  - активные сопротивления, включенные в плечи моста, CN- емкость образцового конденсатора, обладающего малыми потерями. Потери в конденсаторе принято характеризовать тангенсом угла потерь tgδ, который при последовательной схеме замещения равен:

tgδ = ωCxRx =ωCx/Gx ,         (5)

где ω - частота напряжения питания моста, Gх - проводимость, обратная эквивалентному сопротивлению потерь.

Те же параметры конденсатора и катушки индуктивности в лабораторной работе измеряются с помощью электронных приборов: измерителя цифрового автоматического Е7-8 и универсального моста Е7-10.

ВНИМАНИЕ ! Прибор Е7-8 измеряет емкость С и tgδ реального конденсатора в соответствии с параллельной схемой замещения, в то время как мы стремимся определить параметры последовательной схемы замещения. Поэтому для того, чтобы сопоставить результаты измерений, выполненных с помощью моста, с результатами прямых измерений  и tgδ , полученных с помощью прибора Е7-8, необходимо вычислить параметры последовательной схемы замещения :

где

В окончательном виде после подстановки получаем:

       (6)

где   tgδ  - результаты прямых измерений, полученные с помощью прибора Е7-8, ω -рабочая частота измерения.

В соответствии с классификацией, принятой в теории и практике измерений, определение искомых параметров по результатам прямых измерений путем вычислений по формулам (6) относится к виду косвенных измерений.

Прибор Е7-10 измеряет емкость С и проводимость G, эквивалентную потерям в реальном конденсаторе также в соответствии с параллельной схемой замещения. В этом случае параметры последовательной схемы замещения вычисляются по формулам (6), для чего по результатам прямых измерений, выполненных с помощью прибора Е7-10, необходимо предварительно определить tgδ:

         (7)

где  ,  - результаты прямых измерений, полученные с помощью прибора Е7-10 , ω - рабочая частота измерения.

Здесь, как и раньше, после выполненных вычислений мы получим результаты косвенных измерений параметров последовательной схемы замещения конденсатора.

6.2.2. Измерение индуктивности

Схема замещения - последовательная. Используется мост, схема которого приведена на рис. 3.

Условия равновесия моста определяются соотношениями:

откуда получаем              (8)

Поскольку схема замещения катушки индуктивности, принятая при измерениях с помощью моста по схеме рис. 3, совпадает со схемами замещения, принятыми в приборах Е7-8, Е7-10, в этих случаях пересчет параметров не требуется, поскольку искомые значения параметров получаются, как результаты прямых измерений.

6.3. Погрешности измерений

6.3.1. Погрешность измерений, выполняемых с помощью моста по схемам рис. 1, 3.