Калибровка измерительных цепей при определении параметров двухполюсных и многополюсных радиокомпонентов

Страницы работы

Содержание работы

 Калибровка измерительных цепей при определении параметров двухполюсных и многополюсных радиокомпонентов.

Двухполюсник (ДП) можно рассматривать как элементарный многополюсник (МП), который относительно общей шины имеет всего один полюс-вход. В этой связи для определения параметров ДП пригодны как методика измерения, так и расчетные формулы, приведенные для расчета параметров МП [1,2].

В этом случае матричное уравнение для системы Y параметров МП превращается в простое алгебраическое уравнение, а полная проводимость образцовой меры представляется возможным определить по результатам измерения трёх напряжений: Úо - холостого хода, Úк - калибровки и  U - нагруженного режима, выполненных согласно схемам рис.1 [3,4].  

Формулу для вычисления полной проводимости Y измеряемого ДП приведённую в [3,4] можно получить из матричного уравнения, приведённого в [1,2]. В этом случае расчёт Y матрицы ДП производится по формуле

Y = Yk/W  (1)

или Z полного сопротивления

Z = 1/Y,   (2)

где   W= (Úo/ Úk-1)/ (Úo/ U-1).    (3)

Zk=проводимость образцовой меры; Zk=1/Yk её полное сопротивление

Образцовые меры представляют собой ДП, которые при измерении подключают к полюсам-входам измерительной схемы при определении компонент вектора калибровочных напряжений Uk. В качестве образцовых удобно применять резисторы. При аттестации параметров этих резисторов необходимо определить не только активные составляющие  сопротивления, а также учитывать индуктивности и ёмкости монтажа измерительных цепей.

Согласно рис.1 для калибровки схемы измерения ДП используют образцовую меру с сопротивлением Zk.

Рассмотрим способы определения реактивной составляющей образцовой меры Xk при известном Rk. Тогда искомое полное сопротивление будет равно образцовой меры будет равно

  Zk = Rk + jXk.                            (4)

На первом этапе калибровки выполним операции по измерению полюсных напряжений Úo и. Úk рис.1. Затем определим напряжение Úc, которое будет вырабатываться на выходных зажимах  при подключении к ним тестового конденсатора С. Добротность конденсатора должна быть достаточно высокой, чтобы влиянием активных потерь, вносимых им в измерительную цепь конденсатором можно было пренебречь. Полное сопротивление  Zc конденсатора  Сс можно рассчитать по формуле (4). В этом случае коэффициент Wс рассчитывается по формуле:

Wс = W'c + jW''c,                                    (5)

где  W'c,  W''c - действительна и мнимая составляющие коэффициента Wc соответственно.

Рис.1. Двухполюсник в измерительной схеме: а - режим холостого хода; б - режим калибровки; в – режим аттестации Xк; полные сопротивления: Zr -  полное сопротивление генератора; С- тестовый конденсатор.

 

Рис. 2.  Эквивалентные схемы образцовой меры: а– индуктивного характера; б - емкостного характера

Так как добротность конденсатора С высокая выбирае то, справедливо

Zc=-jXc=1/iwC.                                                  (6)

Подставив выражения (4)-(6) в формулу (2), после несложных преобразований получаем

-jXc=W'cRk-W''cXk+j(W'cXk+W''cRk)                 (7)

Так как действительная составляющая левой части уравнения (7) равна нулю, то искомую реактивную составляющую Xк образцовой меры можно определить по формуле

Xk= W'cRk / W''c .                              (8)

Если значения Xк положительно, то образцовая мера Zk имеет индуктивный характер, и её эквивалентная схема соответствует рис.2а,  Lk- эквивалентная индуктивность меры, значение которой вычисляют по формуле

Lk = X k /w.                                     (9)

При емкостном характере Zk, параметр Xk отрицателен, а эквивалентную схему представляют в виде рис.2., а ёмкость Ck можно рассчитать по формуле

Ck= - X k /w.                                  (10)

Выражение параметров образцовой меры в виде эквивалентных схем типа рис.2. удобно использовать в том случае, когда в рабочем диапазоне частот параметры Rk, Ckи Lk можно считать постоянными, т.е. не зависимыми от частоты. В противном случае необходимо экспериментальное определение сопротивлений Rk и Xk на каждой из частот, или определить  аналитические функции Rk(ω) и Xk(ω) в заданном диапазоне частот.

В реальных условиях измеряемая информация будет исчкажена, если между контактами подключения измерительного прибора и измеряемого ДП существует соединительный проводник  с индуктивностью Lисх,. Рассмотрим эквивалентную схему рис.3, на которой индексом 1 отмечен контакт для подключения измеряемого ДП, а индексом 1'- контакт для подключения измерительного прибора.

В самом общем случае если

 wLсх<<|Z|,                               (11)

то влияние Lсх можно пренебречь и измерения можно производить согласно базовой методике. В противном случае влияние индуктивности Lсх, учтено.

Рис.3. Аттестация устройства для измерения ДП: а- опыт холостого хода; б- режим калибровки; в- определение реактивной составляющей Zk; д- измерение напряжения Ú1.

Выполнив измерения согласно схемам рис.3, вычисляем параметры:

 Wc=(Úo/ Úk-1)/ (Úoc-1)= W ‘c+j W ‘’c;                  (12)

W1=(Úo/ Úk-1)/ (Úo1-1)= W ‘1+j W ‘’1;                  (13)

Похожие материалы

Информация о работе