Мостовые методы измерения индуктивности и емкости

Мосты для измерения емкости и угла потерь конденсаторов.

При измерении емкости конденсатора следует учесть, что он обычно обладает потерями, т. е. в нем поглощается активная мощность. Реальный конденсатор представляется эквивалентной схемой в виде идеальной емкости, последовательно или параллельно соединенной с активным сопротивлением, обусловливающим возникновение экви­валентных потерь. Ток в цепи такого конденсатора опережает на­пряжение на угол, меньший 90°.

На рис. 161, а и б приведены эквивалентные схемы и векторные диаграммы конденсатора с потерями.

Для измерения емкостей конденсаторов с малыми потерями схема моста может составляться на основе последовательной эквивалент­ной схемы рис. 162.

Рис. 161. Эквивалентные схемы и векторные диаграммы конденсаторов: о — последователь­ная схема; б — параллельная схема

Рис. 162. Схема моста для измерения емкости и угла потерь конденса­тора с последовательным включением CN и rN

Плечи моста состоят: первое — из измеряемого конденсатора С_x; третье — из конденсатора образцовой емкости С_N, последовательно с которой включен магазин сопротивлений r_N, служащий для обра­зования в плече с С_N такого же угла сдвига между током и напря­жением, как и в плече, содержащем С_x, второе и четвертое плечи — соответственно из двух резисторов, имеющих сопротивления r₁ и r₂.

Полные сопротивления плеч в данном случае равны:

; ;

; .

Подставив эти выражения в общую формулу равновесия моста, будем иметь

.

Отсюда получаем два условия равновесия моста:

; .

Угол потерь δ, дополняющий до 90° угол сдвига тока относи­тельно напряжения и, определяется из выражения

.

Работа на этом мосте производится следующим образом. Уста­новив r_N =0, изменяют отношение плеч r₂/r₁ до тех пор, пока нуль-индикатор не укажет наименьшего тока. После этого переходят к ре­гулировке магазина r_N, добиваясь дальнейшего уменьшения тока в нуль-индикаторе. Затем снова изменяют отношение r₂/r₁, пока не будет найдено положение равновесия.

Для конденсатора с воздушным диэлектриком, имеющим ничтожно малые потери, магазин r_N включать последовательно с конденсато­ром не следует. Равновесие достигается изменением одного только отношения r₂/r₁.

В этом случае имеется лишь одно условие равновесия:

.

Для измерения емкости конденсаторов с большими потерями в. диэлектрике применяется тот же мост, но с параллельным включе­нием сопротивления r_N и емкости С_N, так как введение последова­тельно в плечо большого сопротивления ослабляет ток через нуль-индикатор и уменьшает чувствительность схемы. Схема моста в этом случае имеет вид, изображенный на рис. 163.

Комплексы сопротивлений плеч моста по рис. 163 равны:

; ;

; .

При равновесии моста имеем следующее соотношение:

Рис. 165. Схема моста для, измерения индук­тивности с использова­нием образцовой индук­тивности	Рис. 166. Схема мо­ста для измерения индуктивности с ис­пользованием образ­цового конденсатора

.

Последнее уравнение приводит к двум условиям:

; .

Угол потерь δ для измеряемого конденсатора С_x, выраженный через tgδ, при параллельном соединении емкости и резистора равен:

.

Для определения потерь в диэлектриках, в частности в кабелях высокого напряжения, широко применяется мост, схема которого приведена на рис. 164. Заземление вершины в делает безопасным работу на мосте при питании его от источника высокого напряжения.

Рис. 163. Схема моста для измерения емкости и угла потерь конденса­тора с параллельным включением CN и rN	Рис. 164. Схема моста для измерения угла потерь изоляционных материалов при высоком напряжении

Преимущество этой схемы заключается в том, что она дает воз­можность уравновесить активные и реактивные составляющие моста независимо друг от друга.

Полные сопротивления плеч моста в комплексной форме для схемы рис. 164 равны:

; ;

; .

Условие равновесия принимает следующий вид:

.

Из последнего уравнения получаем два условия равновесия:

; .

Тангенс угла потерь определяется из уже известного уравнения:

.

Мосты для измерения индуктивности и добротности катушек.

Схема моста приведена на рис. 165. Одно из плеч моста образовано испы­туемой катушкой с индуктивностью L_x и активным сопротивлением r_x, а другое — образцовой катушкой с индуктивностью L_N и резистором с сопротивлением r_N. Резистор r при помощи переключателя П может быть включен последовательно с образцовой катушкой или с изме­ряемой катушкой. Резисторы r, r₁ и r₂ считаем безреактивными. Если для получения равновесия оказалось необходимым включить рези­стор r последовательно с катушкой L_x (как это показано на рис. 165), то сопротивления плеч моста в комплексной форме имеют следующий вид:

; ;

; .

По условию равновесия моста

,

что приводит к следующим двум равенствам:

; .

Если же для получения равновесия надо было включить рези­стор r последовательно с катушкой L_N, r_N, то условия равновесия моста принимают вид:

; .

При проведении измерения следует обращать внимание на то, чтобы катушки индуктивности L_N и L_x были расположены на доста­точно большом расстоянии для уменьшения взаимной индуктивности между ними.

Для измерения индуктивности L_x можно использовать также и образцовую емкость С. На рис. 166 представлена схема такого моста. В плечо, противоположное плечу с измеряемой индуктивно­стью L_x, включен образцовый конденсатор C с параллельно присое­диненным к нему резистором. В остальные два плеча включены ма­газины сопротивлений r₁ и r₂.

Полные сопротивления плеч мrоста в комплексной форме выра­зятся так:

; ;

; .

При равновесии моста, согласно общему условию, имеем

.

Это равенство приводит к двум условиям равновесия:

; .

По полученным значениям r_x и L_x или C и r можно определить добротность катушки

.

Дата добавления: 2015-10-28