Полная версия

Главная arrow Техника arrow ИЗМЕРЕНИЯ В ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Мостовые методы измерения параметров элементов

В измерительной практике используют разнообразные измерительные мосты. Получили распространение мосты постоянного и переменного тока, уравновешенные и неуравновешенные мостовые схемы.

Уравновешенные мосты

Четырехплечий мост постоянного тока

Рис. 7.6. Четырехплечий мост постоянного тока

Мост постоянного тока (рис. 7.6) состоит из четырех резисторов /?,, Л2, /?4, образующих четыре плеча схемы, источника питания Е и индикатора И.

Условием баланса (уравновешивания) такого моста является отсутствие тока через индикатор И, что обеспечивается равенством произведений величин сопротивлений противоположных плеч моста:

откуда, если принять получаем

Равновесие моста достигается изменением Л3 и отношения R2/R. Отношение сопротивлений R2/R называют масштабным множителем, его значение выбирается равным 10", где п — целое положительное или отрицательное число с переходом через нуль. Плечо Л3 моста в этом случае называют плечом уравновешивания.

Четырехплечий мост переменного тока

Рис. 7.7. Четырехплечий мост переменного тока

Метод измерительного моста переменного тока находит широкое применение для измерения омического сопротивления, емкости, тангенса угла потерь, индуктивности, добротности.

В отличие от мостов постоянного тока, здесь в одну диагональ моста включен источник переменного напряжения (генератор низкой частоты), в другую — нулевой индикатор переменного напряжения, плечи моста — двухполюсники с полным сопротивлением Z(pnc. 7.7).

Равновесие моста достигается при условии равенства произведений комплексных сопротивлений противоположных плеч:

В показательной форме это равенство будет иметь вид

где |Z, |...|Z4| — модули полных сопротивлений плеч;

Ф,...ф4 — фазовые сдвиги между током и напряжением в соответствующем плече.

Равенство (7.5) можно представить в виде двух выражений. Равенство произведений модулей комплексных сопротивлений противолежащих плеч:

Равенство сумм аргументов комплексных сопротивлений противолежащих плеч:

Уравнение (7.6) называют баланс амплитуд, а уравнение (7.7) — баланс фаз моста.

Равенства (7.6) и (7.7) определяют условия равновесия моста. Они показывают, что мост переменного тока нужно уравновешивать регулировкой активной и реактивной составляющих плеч, т. е. равновесие осуществляется по модулям и фазам. При этом уравнения (7.6) и (7.7) равносильны и обязательны для достижения равновесия моста. Условие (7.7) указывает, при каком расположении плеч в зависимости от их характера можно уравновесить схему. Если смежные плечи, например третье и четвертое (см. рис. 7.7), имеют чисто активные сопротивления /?, и /?4, т.е. <р, = <р4 = 0, то два других смежных плеча могут иметь или индуктивный, или емкостный характер. Если противоположные плечи чисто активные, то одно из двух других сопротивлений должно быть индуктивным, а другое — емкостным.

Мост для измерения емкости

Рис. 7.8. Мост для измерения емкости

Рассмотрим мост для измерения емкости и угла потерь конденсаторов (рис. 7.8).

Два его плеча составлены из магазинов сопротивлений R2 и /?4. Третье плечо образовано последовательно соединенными образцовыми конденсатором С0 и переменным резистором с малым сопротивлением Л0. Образцовый конденсатор выбирается с малыми потерями, которыми можно пренебречь. В третье плечо включен измеряемый конденсатор Сх, сопротивление потерь в котором Rx.

Полные сопротивления плеч в данной схеме определяются следующими равенствами:

Согласно формуле равновесия моста (7.4) имеем или

Приравняв отдельно действительные и мнимые части, получим

Угол потерь 6Л., дополняющий 5t до 90°, определяется выражени ем tg 6Л. = со /?0 С0.

В качестве регулируемых элементов мостов чаще всего использу ют резисторы, так как они проще и дешевле по сравнению с регули руемой емкостью и магазином индуктивностей.

Мост для измерения индуктивности

Рис. 7.9. Мост для измерения индуктивности

Процессы уравновешивания моста переменного тока для измерения индуктивности катушки рассмотрим на примере схемы на рис. 7.9.

Здесь для измерения индуктивности Lx используют образцовый конденсатор С0, включаемый в плечо, противоположное плечу с измеряемой индуктивностью. Параллельно с конденсатором С„ включают резистор /?0. В остальные два плеча включают магазины сопротивлений Яг и

Полные сопротивления плеч определяются равенствами

Равновесие моста определяется равенством из которого следует, что

На основании изложенного можно заключить, что для мостов, у которых два плеча содержат только активные сопротивления, а два других — реактивные (см. рис. 7.8, 7.9), справедливы следующие утверждения:

  • — если активные сопротивления находятся в смежных плечах (рис. 7.8) Л, и /?4 и (р, = ф4 = 0, то два других плеча должны содержать сопротивления одного характера (индуктивного или емкостного), что обеспечивает выполнение условия <р, = ср, = 0;
  • — если активные сопротивления расположены в противоположных плечах (рис. 7.9) Л, и Л, и <р, = ср3 = 0, то характер сопротивлений двух других плеч должен быть противоположным, что обеспечивает выполнение условия ср, = — ср4.

Погрешности измерений параметров цепей с использованием рассматриваемых мостов составляют десятые и сотые доли процента от измеряемой величины.

Эти погрешности определяются следующими причинами: погрешностью значений образцовых элементов схемы моста; влиянием паразитных связей между элементами схемы; влиянием нестабильности параметров элементов схемы; нестабильностью частоты источника переменного напряжения и др.

Типовая схема трансформаторного моста представлена на рис. 7.10. Обмотки трансформатора напряжения Тр 1 включают согласованно, а обмотки трансформатора тока Тр2 — встречно.

При включенном источнике переменного напряжения ?черезТр1 осуществляется питание моста. За счет токов /х. и /0, протекающих через обмотки Wu Wb W}, IV4, на образцовом сопротивлении Z0 и измеряемом сопротивлении Zx происходит падение напряжения. Изменяя число витков я3, л4, можно добиться уравновешивания моста, т.е. нулевого показания вольтметра V.

Трансформаторный мост

Рис. 7.10. Трансформаторный мост

Условие равновесия моста:

Учитывая, что

уравнение равновесия моста (7.8) примет вид

Из (7.9) следует, что условие равновесия трансформаторного моста определяется отношением числа витков, на которое не влияют внешние факторы. При постоянном значении образцового сопротивления /?0 можно обеспечить широкие пределы измерений за счет изменения количества витков в трансформаторах Тр1 и Тр2. Трансформаторные мосты обеспечивают относительную погрешность в диапазоне звуковых частот 0,001 ...0,01 %. На основе трансформаторных мостов реализованы измерители индуктивности (ЕЗ-З) и измерители емкости (Е8-4)

Неуравновешенные мосты

Работу неуравновешенных мостов поясним схемой, приведенной на рис. 7.11, которая представляет собой схему Т-образного моста.

Схема неуравновешенного моста

Рис. 7.11. Схема неуравновешенного моста

В отличие от уравновешенных мостов, рассматриваемый мост не требует балансировки. Результат измерения сразу индицируется индикатором. Оперативность получения результата измерения в данном методе на порядки выше, чем при измерениях уравновешенных мостов, так как балансировка моста отсутствует, а именно она и определяет продолжительность измерения. В то же время погрешности данных измерений существенно больше, чем измерения уравновешенных мостов.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>