Heutzutage gibt es viele Geräte auf dem Markt, die Kapazität und Induktivität messen, aber sie kosten ein Vielfaches mehr als ein chinesisches Multimeter. Wer täglich die Kapazität oder Induktivität messen muss, wird sich sicherlich eines kaufen, aber was tun, wenn ein solcher Bedarf äußerst selten auftritt? In diesem Fall können Sie die unten beschriebene Methode verwenden.
Es ist bekannt, dass sich die Form des Impulses ändert und die gleiche wie im Bild ist, wenn ein rechteckiger Impuls an die integrierende RC-Kette angelegt wird.
Die Zeit, in der die Spannung am Kondensator 63 % der zugeführten Spannung erreicht, wird als Tau bezeichnet. Die Formel zur Berechnung von Tau ist in der Abbildung dargestellt.
In diesem Fall sagt man, dass die Integrierkette die Fronten des Rechteckimpulses geglättet hat.
Es ist auch bekannt, dass beim Anlegen eines Rechteckimpulses an einen parallelen LC-Kreis gedämpfte Schwingungen im Kreis auftreten, deren Frequenz gleich der Resonanzfrequenz des Kreises ist. Die Resonanzfrequenz des Stromkreises wird mithilfe der Thomson-Formel ermittelt, aus der sich die Induktivität ausdrücken lässt.
Der Stromkreis ist über einen kleinen Kondensator verbunden (je kleiner, desto besser), der den in den Stromkreis eintretenden Strom begrenzt. Schauen wir uns an, wie ein kleiner Kondensator den Strom begrenzt.
Damit sich der Kondensator auf die Nennspannung aufladen kann, muss eine bestimmte Ladung auf ihn übertragen werden. Je kleiner die Kapazität des Kondensators ist, desto weniger Ladung benötigt er, damit die Spannung an den Platten die Impulsspannung erreicht. Wenn wir einen Impuls anlegen, lädt sich ein kleiner Kondensator sehr schnell auf und die Spannung an den Kondensatorplatten wird gleich der Impulsspannung. Da die Spannung des Kondensators und die des Impulses gleich sind, gibt es keine Potentialdifferenz und somit fließt kein Strom. Darüber hinaus kann es sein, dass der Stromfluss durch den Kondensator nach einiger Zeit nach Beginn des Impulses aufhört und für die restliche Zeit des Impulses dem Stromkreis keine Energie zugeführt wird.
Zur Durchführung des Experiments benötigen wir einen Rechteckimpulsgenerator mit einer Frequenz von 5-6KHz.
Sie können es gemäß dem Diagramm in der Abbildung unten zusammenbauen oder einen Signalgenerator verwenden, ich habe es in beide Richtungen gemacht.
Denken wir nun daran, wie sich die integrierende RC-Kette und die parallele LC-Schaltung verhalten, wenn ein Rechteckimpuls angelegt wird, und bauen wir die im Bild gezeigte einfache Schaltung zusammen.
Messen wir zunächst die Kapazität des Kondensators; seine Anschlussposition im Diagramm ist mit C? angegeben. Ich hatte keinen 1K-Widerstand zur Hand, also habe ich einen 100-Ohm-Kondensator verwendet und anstelle eines 10pF-Kondensators einen 22pF-Kondensator. Der Widerstandswert kann prinzipiell beliebig gewählt werden, jedoch nicht kleiner als 50 Ohm, da sonst die Generatorspannung deutlich absinkt.
In diesem Experiment verwende ich einen Signalgenerator, dessen Ausgangsimpedanz 50 Ohm beträgt. Lassen Sie uns den Generator einschalten und die Amplitude auf 4 V einstellen. Wenn Sie den Generator gemäß der Schaltung zusammenbauen, können Sie die Amplitude anpassen, indem Sie die Versorgungsspannung ändern.
Lassen Sie uns die Oszilloskoptastköpfe parallel zum Kondensator anschließen. Auf dem Oszilloskop sollte das folgende Bild erscheinen.
Erhöhen wir es noch ein wenig.
Messen wir die Zeit, in der die Spannung am Kondensator 63 % der Impulsspannung oder 2,52 V erreicht.
Es entspricht 14,8uS. Da der Generatorwiderstand in Reihe mit unserem Stromkreis geschaltet ist, muss er berücksichtigt werden; dadurch beträgt der aktive Widerstand 150 Ohm. Teilen wir den Tau-Wert (14,8 uS) durch den Widerstand (150 Ohm) und ermitteln wir die Kapazität, sie beträgt 98,7 nF. Auf dem Kondensator steht, dass die Kapazität 100 nF beträgt.
Jetzt messen wir die Induktivität. Im Diagramm ist die Anschlussstelle des Induktors mit L? gekennzeichnet. Wir schließen die Spule an, schalten den Generator ein und verbinden die Oszilloskopsonde parallel zum Stromkreis. Auf dem Oszilloskop sehen wir das folgende Bild.
Wir erhöhen den Scan.
Wir sehen, dass die Schwingungsperiode 260 kHz beträgt.
Die Sondenkapazität beträgt 100 pF und muss in diesem Fall berücksichtigt werden, da sie 10 % der Schaltungskapazität ausmacht. Die Gesamtkapazität der Schaltung beträgt 1,1 nF. Setzen wir nun die Kapazität des Kondensators (1,1 nF) und die Schwingfrequenz (260 kHz) in die Form ein, um die Induktivität zu ermitteln. Für solche Berechnungen verwende ich das Programm Coil32.
Das Ergebnis ist 340,6uH; der Markierung nach zu urteilen beträgt die Induktivität 347uH und das ist ein hervorragendes Ergebnis. Mit dieser Methode können Sie die Induktivität mit einem Fehler von bis zu 10 % messen.
Jetzt wissen wir, wie man mit einem Oszilloskop die Kapazität eines Kondensators und die Induktivität einer Spule misst.
Geräte zur direkten Beurteilung und zum Vergleich
Zu den Messgeräten zur direkten Beurteilung des Wertes der gemessenen Kapazität gehören: Mikrofaradmeter, deren Wirkung auf der Abhängigkeit des Stroms oder der Spannung im Wechselstromkreis von dem darin enthaltenen Wert beruht. Der Kapazitätswert wird anhand der Skala des Messinstruments ermittelt.
Wird häufiger zur Messung von Induktivitäten verwendet AC-symmetrische Brücken, wodurch ein kleiner Messfehler (bis zu 1 %) erzielt werden kann. Die Brücke wird von Generatoren angetrieben, die mit einer festen Frequenz von 400–1000 Hz arbeiten. Als Anzeiger kommen Gleichrichter- oder elektronische Millivoltmeter sowie Oszilloskopanzeiger zum Einsatz.
Die Messung erfolgt durch Ausbalancieren der Brücke durch abwechselnde Einstellung ihrer beiden Arme. Die Messwerte werden an den Griffschenkeln derjenigen Arme gemessen, mit denen die Brücke balanciert wird.
Betrachten wir als Beispiel die Messbrücken, die dem Induktivitätsmessgerät EZ-3 (Abb. 1) und dem Kapazitätsmessgerät E8-3 (Abb. 2) zugrunde liegen.
Reis. 1. Brückenschaltung zur Messung der Induktivität
Reis. 2. Brückenschaltung zur Kapazitätsmessung mit kleinen (a) und großen (b) Verlusten
Wenn die Brücke ausgeglichen ist (Abb. 1), werden die Induktivität der Spule und ihr Gütefaktor durch die Formeln Lx = R1R2C2; Qx = wR1C1.
Beim Abgleich von Brücken (Abb. 2) werden die gemessene Kapazität und der Verlustwiderstand anhand der Formeln ermittelt
Messung von Kapazität und Induktivität mit der Amperemeter-Voltmeter-Methode
Zur Messung kleiner Kapazitäten (nicht mehr als 0,01 – 0,05 μF) und Hochfrequenzinduktivitäten im Bereich ihrer Betriebsfrequenzen werden häufig Resonanzverfahren eingesetzt. Der Resonanzkreis umfasst üblicherweise einen Hochfrequenzgenerator, der induktiv oder über eine Kapazität angeschlossen ist der messende LC-Kreis. Als Resonanzindikatoren werden empfindliche Hochfrequenzgeräte eingesetzt, die auf Strom oder Spannung reagieren.
Das Amperemeter-Voltmeter-Verfahren misst relativ große Kapazitäten und Induktivitäten, wenn der Messkreis von einer Niederfrequenzquelle von 50 - 1000 Hz gespeist wird.
Für Messungen können Sie die Diagramme in Abb. verwenden. 3.
Abbildung 3. Schaltungen zur Messung großer (a) und kleiner (b) Wechselstromwiderstände
Laut Instrumentenanzeige der Gesamtwiderstand
Wo
aus diesen Ausdrücken kann man bestimmen
Wenn aktive Verluste in einem Kondensator oder einer Induktivität vernachlässigt werden können, verwenden Sie die Schaltung in Abb. 4. In diesem Fall
Reis. 4. Schemata zur Messung großer (a) und kleiner (b) Widerstände mit der Amperemeter-Voltmeter-Methode
Messung der Gegeninduktivität zweier Spulen
Die einfachste und zugänglichste Möglichkeit für Funkamateure, die Induktivität einer Niederfrequenzspule (Niederfrequenzinduktivität, Stahlkerntransformatorwicklung usw.) zu messen, ist wie folgt:
1) Bauen Sie die in Abb. gezeigte Schaltung zusammen. ; als Gerät, das die Spannung an einem variablen Widerstand R und einer Spule misst L x Verwenden Sie einen Tester oder ein separates Wechselspannungsmessgerät. Der maximale Widerstandswert des Widerstands mit einer Verlustleistung von 0,25-1-0,5 W wird im Bereich von 100-30000 Ohm gewählt (abhängig vom erwarteten Wert).
2.32. Messung der Induktivitäten von Niederfrequenzspulen
2) installiert mit einem Spartransformator BEI Die Spannung beträgt 10 V und beachten Sie den Messwert U 1 Voltmeter, d. h. der Spannungsabfall an der zu prüfenden Spule;
3) Bewegen Sie den Schalterschieber aus der Position 1-3 positionieren 1-2 , also ein Voltmeter parallel zum Widerstand anschließen und einen solchen Widerstandswert wählen R = R 2, bei dem auch der Spannungsabfall am Widerstand gleich ist U 1.
4) Berechnen Sie die Induktivität der Spule mit der Formel:
L" x = 0,00318 √ RR 2 Gn, (32)
Wo R 1 Und R 2- Widerstandswiderstand (Ohm), wenn sich der Schalterschieber in den Positionen 1-3 und 1-2 befindet.
Wenn kein variabler Widerstand vorhanden ist, wird die Induktivität der Spule mit einem festen Widerstand gemessen. Das Messschema und der Prozess bleiben gleich, aber die Formel zur Berechnung L x- ergänzt durch einen Multiplikator U 1/U 2, das heißt, es hat die Form:
L"" x = 0,00318 R(U 1 /U 2) Gn, (33)
Wo R- Widerstandswiderstand, Ohm,
U 1 Und U 2- Voltmeterwerte in den Positionen 1-3 und 1-2 des Schalterschiebers.
In den meisten Fällen ist der induktive Widerstand der Wicklungen viel höher als ihr aktiver Widerstand, sodass die obigen Formeln ziemlich genaue Induktivitätswerte liefern.
Wenn jedoch die Anzahl der Spulenwindungen gering und der Widerstand gegen Gleichstrom (oder Wechselstrom) hoch ist (mehrere zehn oder hundert Ohm), dann L"x Und L"" x berechnet nach anderen, genaueren Formeln, nämlich:
Wo R- Widerstandswiderstand, wenn sich der Schalterschieber in Position 1-2 befindet; U- Spannung über Reihenschaltung R Und L x; U 2- Die Spannung am Widerstand ist gleich der Spannung U 1 auf Rolle L x;
L x " = 0,00318 R 0 / tan α,
Wo R- aktiver Widerstand der Wicklung;
α - der Winkel, den die Seite BC des Dreiecks ABC () und die Senkrechte bilden, die vom Punkt B zur Fortsetzung der Seite LS abgesenkt wird.
Reis. 2,40. Spannungsdreieck, das den Winkel definiert α
Tangente des Winkels α sie finden es so. Legen Sie sich auf eine beliebige gerade Linie MN() Liniensegment Wechselstrom, proportional zur Spannung U 2 auf einem Widerstand R. Zeichnen Sie dann aus den Punkten A Und MIT, beide von Mittelpunkten, mit Radien proportional zur Spannung U Stromversorgung und Spannung U 1 auf der Wicklung zwei Bögen. Verbinde den Punkt IN Schnittpunkt dieser Bögen mit einem Punkt MIT und vom Punkt fallen IN aufrecht BD direkt MN. Zum Schluss verlängern Sie die Höhe BD Dreieck ABC bis 100 mm (Segment DK) und durch den Punkt gehen ZU Direkte KP, parallel zur Seite Sonne Dreieck ABC. Nehmen wir das Segment DK pro Einheit, dann auf der geraden Linie abschneiden MN Liniensegment P.D. und wird numerisch gleich dem Tangens des Winkels sein α .
In Fällen, in denen der Gleichstromwiderstand der Spule ihre induktive Reaktanz übersteigt, messen Sie L x mit einer anderen, höheren Frequenz (z. B. 400 oder 800 Hz) durchgeführt. Der Spannungsverlauf am Ausgang der Spannungsquelle dieser erhöhten (Audio-)Frequenz muss sinusförmig sein.
Reis. 2.41. Zur Frage der Bestimmung des Tangens eines Winkels α
Wenn Sie zu einer Frequenz ungleich 50 Hz wechseln, geben Sie anstelle des Koeffizienten die Formeln (32) ~ (35) ein. 0,00318 Faktor 1/2π f Stromversorgungskreis, wo F- Frequenz der Stromversorgung des Stromkreises.
Die überwiegende Mehrheit der Amateur-Induktivitätsmessgeräte an Steuerungen misst die Frequenz eines Generators, der bei Frequenzen von etwa 100 kHz arbeitet, und obwohl sie angeblich eine Auflösung von 0,01 μH haben, sind sie bei Induktivitäten von 0,5 und weniger tatsächlich ein guter Zufallszahlengenerator , kein Gerät. Der Entwickler von Hochfrequenzgeräten hat drei Möglichkeiten:
- abbrechen
- Kaufen Sie ein industrielles Impedanzmessgerät und fasten Sie eine Weile
- Machen Sie etwas Hochfrequenteres und Breitbandigeres.
Das Vorhandensein zahlreicher Online-Rechner vereinfacht die Aufgabe erheblich; Sie können mit nur einem an einen Frequenzmesser angeschlossenen Generator auskommen, ohne viel an Komfort einzubüßen, aber an Funktionalität zu gewinnen.
Der Aufsatz kann Induktivitäten ab 0,05 μH messen. Die Ausgangsspannung beträgt etwa 0,5 V. Die Selbstinduktivität der Anschlüsse beträgt 0,04 μH. Ausgangsfrequenzbereich: xs...77 MHz.
Der Breitbandgenerator ist nach der bekannten Zweipunktschaltung aufgebaut und reagiert wenig empfindlich auf die Güte der Frequenzeinstellschaltung. 
Um die kleinsten Induktivitäten zu messen, wurde eine Kapazität von 82 pF gewählt; zusammen mit der Eingangskapazität beträgt der berechnete Wert (für den Rechner) etwa 100 pF (runde Zahlen sind praktischer) und die maximale Kapazität beträgt 100 pF. Die Erzeugungsfrequenz beträgt etwa 80 MHz. Von der Schaltung wird Spannung an den Repeater vt2 und von diesem an den Emitter vt1 geliefert, wodurch ein PIC implementiert wird. Die manchmal verwendete direkte Verbindung des Gates mit der Schaltung führt zu einem instabilen Betrieb des Generators bei Frequenzen von 20–30 MHz, daher wird ein Isolationskondensator c1 verwendet. Der Feldeffekttransistor muss einen anfänglichen Drainstrom von mindestens 5 mA haben, andernfalls muss der Transistor mit einem Widerstand von mehreren hundert kOhm vom Pluspol zum Gate leicht geöffnet werden. Es ist besser, einen Transistor mit hoher Transkonduktanz zu verwenden, da dies die von der Quelle entnommene Ausgangsspannung erhöht. Obwohl der Generator selbst praktisch unempfindlich gegenüber den Transistortypen ist.
Für die Berechnungen werden Online-Rechner verwendet
Die bequemste
am unbequemsten
glamourös, aber mit Charakter
Die Einstellkapazität des Geräts kann alles sein, sogar chinesischer Ton. Es ist besser, Referenzspulen zu haben und die gemessene Kapazität in den Rechner einzugeben, obwohl dies in der Realität nicht notwendig ist.
Die Folie auf der Rückseite dient als Sichtschutz.
Die Zuleitungen zur Spule bestehen aus flexiblen Flachgeflechtleitungen mit einer Länge von 2 cm. mit Krokodilen.
http://edisk.ukr.net/get/377203737/%D0%B8%D0%BD%D0%B4.lay6
Nutzungsmerkmale.
Für die Stromversorgung ist es besser, einen entsprechenden Anschluss am Frequenzmesser vorzusehen.
Bei der Messung extrem niedriger Induktivitäten sollten die Zuleitungen zur Spule möglichst gerade sein. Von dem Ergebnis müssen Sie die Selbstinduktivität der Anschlüsse 0,04 μH abziehen. Die minimal messbare Induktivität ist ungefähr gleich.
Zur Messung von Induktivitäten bis 100 μH eignet sich eine Standardkapazität, darüber ist es besser, zusätzliche Kapazitäten ab 1N zu verwenden, da sonst ein Fehler durch die Windungskapazität der Spule entsteht.
Um die Windungskapazität zu messen, müssen Sie den wahren Wert der Induktivität mit C 10-100n messen, dann die Frequenz mit der Standardkapazität (100pf) messen, sie in den Rechner eingeben und dann die Gesamtkapazität berechnen, die Sie benötigen subtrahiere 100pf.
Beispiel. Axialinduktor 3,8 mH, mit Standardkapazitätsfrequenz 228 kHz, Gesamtkapazität 128 pF, Windung-zu-Windung 28.
Kapazitäten in Stromkreisen werden auf die gleiche Weise berechnet.
Um Drosseln an Niederfrequenz-LV-Magnetkreisen messen zu können, müssen diese eine ausreichend große Windungszahl haben, zum Beispiel bei 2000NN-Ringen mindestens 20, andernfalls kann die Frequenz höher sein als die Betriebsfrequenz für sie (bis zu 400 kHz), und die Erzeugung wird im besten Fall gestört, im schlimmsten Fall gepulst, wie bei einem Blockiergenerator, mit einer Frequenz von Kilohertz. Für Low-Turn-Modelle ist zusätzliche Kapazität erforderlich.
Der Hauptparameter, der Schleifenspulen, Drosseln und Transformatorwicklungen charakterisiert, ist die Induktivität L. In Hochfrequenzschaltungen werden Spulen mit einer Induktivität von Hundertstel Mikrohenry bis zu mehreren zehn Millihenry verwendet; Spulen, die in Niederfrequenzschaltungen verwendet werden, haben Induktivitäten von bis zu Hunderten und Tausenden von Henry. Es empfiehlt sich, die Induktivität von Hochfrequenzspulen, die Teil von Schwingsystemen sind, mit einem Fehler von nicht mehr als 5 % zu messen; in den meisten anderen Fällen ist ein Messfehler von bis zu 10–20 % akzeptabel.
Reis. 1. Ersatzschaltungen eines Induktors.
Jede Spule zeichnet sich neben der Induktivität L auch durch ihre eigene (Windungs-)Kapazität C L und ihren aktiven Verlustwiderstand R L aus, die über ihre Länge verteilt sind. Herkömmlicherweise geht man davon aus, dass L, C L und R L konzentriert sind und einen geschlossenen Schwingkreis (Abb. 1, a) mit eigener Resonanzfrequenz bilden
f L = 1/(LC L) 0,5
Aufgrund des Einflusses der Kapazität C L wird bei der Messung bei Hochfrequenz f nicht die wahre Induktivität L ermittelt, sondern der effektive bzw. dynamische Wert der Induktivität
L d = L/(1-(2*π*f) 2 *LC L) = L/(1-f 2 / f L 2)
die deutlich von der bei niedrigen Frequenzen gemessenen Induktivität L abweichen kann.
Mit zunehmender Frequenz nehmen die Verluste in den Induktoren aufgrund des Oberflächeneffekts, der Energiestrahlung, der Vorströme in der Wicklungsisolierung und im Rahmen sowie der Wirbelströme im Kern zu. Daher kann der effektive Wirkwiderstand R d der Spule ihren mit einem Ohmmeter oder einer Gleichstrombrücke gemessenen Widerstand R L deutlich übersteigen. Die Güte der Spule hängt auch von der Frequenz f ab:
Q L = 2*π*f*L d /R d.
In Abb. 1, b, zeigt das Ersatzschaltbild des Induktors unter Berücksichtigung seiner Betriebsparameter. Da die Werte aller Parameter frequenzabhängig sind, empfiehlt es sich, Spulen, insbesondere Hochfrequenzspulen, bei der ihrer Betriebsart entsprechenden Schwingfrequenz der Stromquelle zu testen. Bei der Ermittlung von Testergebnissen wird der Index „d“ normalerweise weggelassen.
Zur Messung der Parameter von Induktoren werden hauptsächlich Voltmeter, Amperemeter, Brücken- und Resonanzmessgeräte verwendet. Vor Messungen muss der Induktor auf offene Stromkreise und kurzgeschlossene Windungen überprüft werden. Ein offener Stromkreis kann mit jedem Ohmmeter oder jeder Sonde leicht erkannt werden, während die Identifizierung von Kurzschlüssen einen speziellen Test erfordert.
Für einfache Tests von Induktoren werden manchmal Kathodenstrahloszilloskope verwendet.
Anzeige kurzgeschlossener Windungen
Die Überprüfung, ob kein Kurzschluss vorliegt, wird am häufigsten dadurch durchgeführt, dass die Testspule in der Nähe einer anderen Spule platziert wird, die Teil des Schwingkreises des Autogenerators ist. Das Vorhandensein von Schwingungen und deren Pegel werden mithilfe von Telefonen, einem Wählrad oder elektronisch gesteuert Licht oder eine andere Anzeige. Eine Spule mit kurzgeschlossenen Windungen führt zu aktiven Verlusten und Reaktanzen in den mit ihr verbundenen Stromkreis, wodurch der Qualitätsfaktor und die effektive Induktivität des Stromkreises verringert werden. Dadurch werden die Schwingungen des Selbstoszillators schwächer oder versagen sogar.
Reis. 2. Schema eines resonanten Kapazitätsmessgeräts, das das Absorptionsphänomen nutzt.
Ein solches empfindliches Gerät kann beispielsweise ein Generator sein, der nach der Schaltung in Abb. 2. Eine Spule mit kurzgeschlossenen Windungen, die in die Nähe der Schleifenspule L1 gebracht wird, führt zu einem merklichen Anstieg der Messwerte des Mikroamperemeters μA.
Die Testschaltung kann eine serielle Schaltung sein, die auf die Frequenz der Stromquelle abgestimmt ist (siehe „Radio“, 72-5-54); Die Spannung an den Elementen dieses Stromkreises, die von einem Indikator überwacht wird, nimmt unter dem Einfluss kurzgeschlossener Windungen der zu prüfenden Spule aufgrund von Verstimmungen und zunehmenden Verlusten ab. Es ist auch möglich, eine symmetrische Wechselstrombrücke zu verwenden, deren einer der Arme in diesem Fall eine Kommunikationsspule sein sollte (anstelle der Lx-Spule); Kurzgeschlossene Windungen der getesteten Spulen führen zu einem Ungleichgewicht in der Brücke.
Die Empfindlichkeit des Prüfgeräts hängt vom Grad der Verbindung zwischen der Spule des Messkreises und der zu prüfenden Spule ab; um diese zu erhöhen, empfiehlt es sich, beide Spulen auf einem gemeinsamen Kern zu platzieren, der in diesem Fall offen ist.
Wenn keine speziellen Instrumente vorhanden sind, kann ein Funkempfänger zum Testen von Hochfrequenzspulen verwendet werden. Letzterer wird auf einen gut hörbaren Sender abgestimmt, woraufhin die zu testende Spule in der Nähe einer ihrer Betriebsschleifenspulen platziert wird, beispielsweise einer magnetischen Antenne (vorzugsweise auf derselben Achse). Bei kurzgeschlossenen Windungen nimmt die Lautstärke merklich ab. Eine Verringerung der Lautstärke kann auch auftreten, wenn die Abstimmfrequenz des Empfängers nahe an der Eigenfrequenz der zu prüfenden Spule liegt. Um Fehler zu vermeiden, sollte der Test daher wiederholt werden, wenn der Empfänger auf einen anderen Sender eingestellt wird, der in der Frequenz ausreichend weit vom ersten entfernt ist.
Messung von Induktivitäten mit der Voltmeter-Amperemeter-Methode
Voltmeter-Amperemeter-Methode Wird zur Messung relativ großer Induktivitäten verwendet, wenn der Messkreis von einer Niederfrequenzquelle F = 50...1000 Hz gespeist wird.
Das Messdiagramm ist in Abb. dargestellt. 3, A. Die Impedanz Z des Induktors wird nach der Formel berechnet
Z = (R2+X2) 0,5 = U/I
basierend auf den Messwerten von Wechselstromgeräten V ~ und mA ~. Der obere (gemäß Diagramm) Anschluss des Voltmeters wird mit dem Punkt verbunden A bei Z<< Z в и к точке B bei Z >> Z a, wobei Z in und Z a die gesamten Eingangswiderstände des Voltmeters V ~ bzw. des Milliamperemeters mA ~ sind. Wenn die Verluste gering sind, d. h. R<< X = 2*π*F*L x , то измеряемая индуктивность определяется формулой
L x ≈ U/(2*π*F*I).
Um ihre Größe zu reduzieren, werden große Induktivitätsspulen üblicherweise mit Stahlkernen hergestellt. Letzteres führt zu einer nichtlinearen Abhängigkeit des magnetischen Flusses vom durch die Spule fließenden Strom. Besonders komplex wird dieser Zusammenhang bei Spulen, die mit Vorspannung arbeiten und durch deren Wicklungen sowohl Wechsel- als auch Gleichströme fließen. Daher hängt die Induktivität von Spulen mit Stahlkern von der Größe und Art des durch sie fließenden Stroms ab. Beispielsweise kommt es bei einem großen Konstantstromanteil zur magnetischen Sättigung des Kerns und die Induktivität der Spule nimmt stark ab. Darüber hinaus hängen die Permeabilität des Kerns und die Induktivität der Spule von der Frequenz des Wechselstroms ab. Daraus folgt, dass die Messung der Induktivität von Spulen mit Stahlkern unter Bedingungen durchgeführt werden muss, die ihren Betriebsbedingungen nahe kommen. Im Diagramm in Abb. 3, A Dies wird durch die Ergänzung durch einen Gleichstromkreis gewährleistet, dargestellt durch die gestrichelte Linie. Der erforderliche Vorstrom wird vom Rheostat R2 entsprechend den Messwerten eines Gleichstrom-Milliamperemeters eingestellt mA. Der Trennkondensator C und die Induktivität Dr trennen die Gleich- und Wechselstromkreise und verhindern so gegenseitige Beeinflussung. In diesem Stromkreis verwendete Wechselstromgeräte sollten nicht auf direkte Komponenten des Stroms oder der Spannung reagieren, die sie messen. Bei einem Voltmeter V ~ lässt sich dies leicht erreichen, indem man einen Kondensator mit einer Kapazität von mehreren Mikrofarad in Reihe schaltet.
Reis. 3. Schemata zur Messung der Induktivität mit der Voltmeter-Amperemeter-Methode.
Eine andere Variante der Messschaltung, mit der Sie auf ein Wechselstrom-Milliamperemeter verzichten können, ist in Abb. dargestellt. 3, B. In dieser Schaltung stellen die Rheostaten R1 und R2 (sie können durch parallel zu Netzteilen geschaltete Potentiometer ersetzt werden) den erforderlichen Prüfmodus für Wechsel- und Gleichstrom ein. In Schalterstellung 1 IN Das Voltmeter V ~ misst die Wechselspannung U 1 an der Spule L x. Wenn der Schalter auf Position 2 gestellt wird, wird der Wert des Wechselstroms im Stromkreis tatsächlich durch den Spannungsabfall U 2 am Referenzwiderstand R o gesteuert. Wenn die Verluste in der Spule klein sind, d. h. R<< 2*π*F*L x , то измеряемую индуктивность можно рассчитать по формуле
L x ≈ U1*R o /(2*π*F*U 2).
Brückenmethode zur Messung der Parameter von Induktoren. Universelle Messbrücken
Brücken zur Messung der Parameter von Induktoren bestehen aus zwei aktiven Widerstandszweigen, einem Arm mit dem Messobjekt, dessen Widerstand im Allgemeinen komplex ist, und einem Arm mit einem reaktiven Element – einem Kondensator oder einer Induktivität.
Reis. 4. Schaltung einer Speicherbrücke zur Messung von Induktivitäten und Verlustwiderständen.
Bei Messbrücken vom Speichertyp werden vorzugsweise Kondensatoren als reaktive Elemente verwendet, da bei letzteren Energieverluste vernachlässigbar gemacht werden können und dies zu einer genaueren Bestimmung der Parameter der untersuchten Spulen beiträgt. Das Diagramm einer solchen Brücke ist in Abb. dargestellt. 4. Das einstellbare Element ist hier ein Kondensator C2 mit variabler Kapazität (oder ein Kapazitätsspeicher), der von einem variablen Widerstand R2 überbrückt wird; Letzteres dient dazu, die Phasenverschiebung auszugleichen, die durch den Verlustwiderstand R x in der Drosselspule L x entsteht. Unter Anwendung der A(Z 4 Z 2 = Z 1 Z 3) finden wir:
(R x 2 + (2*&pi*F*L x) 2) 0,5: ((1/R 2) 2 + (2*&pi*F*C 2) 2) 0,5 = R 1 R 3 .
Da die Phasenwinkel φ1 = φ3 = 0 sind, kann die Phasengleichgewichtsbedingung (φ4 + φ2 = φ1 + φ3) als die Gleichung φ4 + φ2 = 0 oder φ4 = -φ2 oder tg φ4 = -tg φ2 geschrieben werden. Bedenken Sie, dass für einen Arm mit L x die Formel (tg φ =X/R) gilt und für einen Arm mit einer Kapazität C 2 die Formel (tg φ =R/X) für einen negativen Wert des Winkels φ2 gilt , wir haben
2*&pi*F*L x / R x = 2*&pi*F*C 2 R 2
Wenn wir die obigen Gleichungen gemeinsam lösen, erhalten wir:
L x = C 2 R 1 R 3 ; (1)
R x = R 1 R 3 / R 2 . (2)
Aus den letzten Formeln folgt, dass der Kondensator C2 und der Widerstand R2 über Skalen zur direkten Beurteilung der Werte von L x und R x verfügen können und die von ihnen vorgenommenen Amplituden- und Phaseneinstellungen voneinander unabhängig sind, wodurch Sie die Brücke schnell ausbalancieren können .
Zur Erweiterung des Messwertbereichs wird üblicherweise einer der Widerstände R1 oder R3 als Widerstandsspeicher ausgeführt.
Wenn es notwendig ist, die Parameter von Spulen mit Stahlkernen zu messen, ist das Brückendiagramm in Abb. 4 wird durch eine Konstantspannungsquelle U o, einen Rheostat R o und ein Gleichstrom-Milliamperemeter ergänzt mA, die zur Regelung und Steuerung des Vorstroms dienen, sowie die Induktivität Dr und der Kondensator C, die die Stromkreise der Wechsel- und Gleichstromkomponenten trennen.
Reis. 5. Schaltung einer Speicherbrücke zur Messung von Induktivitäten und Gütefaktoren
In Abb. Abbildung 5 zeigt ein Diagramm einer anderen Version der Magazinbrücke, bei der der Kondensator C2 eine konstante Kapazität hat und die Widerstände R1 und R2 als variabel angenommen werden. Die Erweiterung des Messbereichs erfolgt durch die Einbindung von Widerständen R3 unterschiedlicher Nennleistung in die Brücke. Aus den Formeln (1) und (2) folgt, dass die Amplituden- und Phaseneinstellungen in dieser Schaltung voneinander abhängig sind, sodass der Ausgleich der Brücke durch abwechselndes Ändern der Widerstände der Widerstände R1 und R2 erreicht wird. Die Induktivität L x wird auf der Skala des Widerstands R1 unter Berücksichtigung des durch die Schalterstellung bestimmten Multiplikators bewertet IN. Die Ablesung auf der Skala des Widerstands R2 erfolgt normalerweise in den Q-Werten der Spulen
Q L = 2*π*F*L x /R x = 2*π*F*C 2 R 2 .
bei der Frequenz F des Netzteils. Die Gültigkeit der letzten Formel kann überprüft werden, wenn die linke und rechte Seite der Gleichheit (1) in die entsprechenden Teile der Gleichheit (2) unterteilt werden.
Mit den im Diagramm angegebenen Daten ermöglicht die Messbrücke die Messung von Induktivitäten von ca. 20 μH bis 1, 10, 100 mH; 1 und 10 H (ohne Stahlkerne) und Gütefaktor bis Q L ≈ 60. Die Stromquelle ist ein Transistorgenerator mit einer Schwingfrequenz F ≈ 1 kHz. Die Ungleichgewichtsspannung wird durch einen Transistorverstärker verstärkt, der in TF-Telefone geladen wird. Ein doppelter T-förmiger RC-Filter, der auf eine Frequenz von 2F ≈ 2 kHz abgestimmt ist, unterdrückt die zweite Harmonische der Quellenschwingungen, was das Ausbalancieren der Brücke erleichtert und Messfehler reduziert.
Brückenmessgeräte für Induktivität, Kapazität und aktiven Widerstand bestehen aus einer Reihe identischer Elemente. Daher werden sie häufig in einem Gerät kombiniert – einer universellen Messbrücke. Universelle Hochpräzisionsbrücken basieren auf Speicherschaltungen, wie sie in Abb. 5. Sie enthalten eine Konstantspannungsquelle oder einen Gleichrichter (der den R x -Messkreis versorgt), einen Niederfrequenzgenerator mit einer Ausgangsleistung von mehreren Watt, einen mehrstufigen Unsymmetriespannungsverstärker, der auf einem magnetoelektrischen Galvanometer geladen ist; Letzterer wird bei der Messung aktiver Widerstände direkt in die Messdiagonale der Brücke einbezogen. Der erforderliche Messkreis wird über ein recht komplexes Schaltsystem gebildet. In solchen Brücken werden manchmal logarithmische Indikatoren verwendet, deren Empfindlichkeit stark abnimmt, wenn die Brücke nicht im Gleichgewicht ist.
Reis. 6. Schema einer universellen Rheochordbrücke zur Messung von Widerstand, Kapazität und Induktivität
Viel einfacher sind universelle Schiebebrücken, die die Parameter von Funkkomponenten mit einem Fehler in der Größenordnung von 5-15 % messen. Ein mögliches Diagramm einer solchen Brücke ist in Abb. dargestellt. 6. Für alle Arten von Messungen wird die Brücke mit einer Spannung mit einer Frequenz von etwa 1 kHz versorgt, die von einem Transistorgenerator nach einer induktiven Dreipunktschaltung angeregt wird. Die Waagenanzeige ist ein hochohmiges TF-Telefon. Die Widerstände R2 und R3 werden durch ein Draht-Rheochord (oder häufiger ein normales Potentiometer) ersetzt, das den Ausgleich der Brücke durch sanfte Änderung des Widerstandsverhältnisses R2/R3 ermöglicht. Gemessen wird dieses Verhältnis auf der Schieber-Skala, deren Ablesebereich meist auf die Extremwerte von 0,1 und 10 beschränkt ist. Der Messwert wird bei balancierter Brücke als Produkt aus der Anzeige auf der Schieber-Skala und dem ermittelt Multiplikator, der durch die Einstellung von Schalter B bestimmt wird. Jede Art und Grenze der Messung entspricht der Einbeziehung des entsprechenden unterstützenden Elements der erforderlichen Nennleistung in die Brückenschaltung – Kondensator C o (C1), Widerstand R o (R4) oder Induktivität L o (L4). ).
Ein Merkmal des betrachteten Schemas besteht darin, dass die gemessenen Elemente R x und L x im ersten Arm der Brücke enthalten sind (wobei sich die Stützelemente R o und L o im vierten Arm befinden) und C x im Gegenteil im vierten Arm (mit C o - in der ersten Schulter). Dadurch erfolgt die Bewertung aller gemessenen Größen nach ähnlichen Formeln wie
A X = A o (R2/R3),
wobei A x und A o die Werte der entsprechenden Mess- und Referenzelemente sind.
Der variable Widerstand R5 dient zum Ausgleich von Phasenverschiebungen und zur Verbesserung des Brückenabgleichs bei der Messung von Induktivitäten. Zum gleichen Zweck wird manchmal ein variabler Widerstand mit kleinem Widerstand in die Schaltung des Referenzkondensators C um die Messgrenze großer Kapazitäten einbezogen, die oft spürbare Verluste aufweisen.
Um den Einfluss der Hand des Bedieners auszuschließen, ist der Schiebermotor normalerweise mit dem Gehäuse des Geräts verbunden.
Resonanzinduktivitätsmessgeräte
Resonanzverfahren ermöglichen die Messung der Parameter von Hochfrequenzinduktoren im Bereich ihrer Betriebsfrequenzen. Die Messschemata und -methoden ähneln denen für resonante Messungen von Kondensatorkapazitäten, wobei natürlich die Besonderheiten der Messobjekte berücksichtigt werden.
Reis. 7. Resonanzkreis zur Messung von Induktivitäten mit Ablesung auf der Generatorskala
Der untersuchte Induktor kann als Element seines Schwingkreises in einen Hochfrequenzgenerator einbezogen werden; In diesem Fall wird die Induktivität L x anhand der Messwerte eines Frequenzmessers bestimmt, der die Schwingfrequenz des Generators misst.
Häufiger ist die L x -Spule mit einem Messkreis verbunden, der mit einer Quelle hochfrequenter Schwingungen verbunden ist, beispielsweise einem Generator (Abb. 2) oder dem Eingangskreis eines auf die Frequenz eines Rundfunksenders abgestimmten Radioempfängers (Abb . 8). Nehmen wir an, dass der Messkreis aus einer Koppelspule L mit Abstimmkern und einem variablen Kondensator C o besteht.
Reis. 8. Schema zur Messung von Kapazitäten nach der Resonanzmethode mit einem Funkempfänger
Dann ist die folgende Messtechnik anwendbar. Der Messkreis bei maximaler Kapazität C o1 des Kondensators C wird durch Anpassung der Induktivität L auf Resonanz mit der bekannten Frequenz f der Schwingungsquelle eingestellt. Dann wird die Spule L x in Reihe mit ihren Elementen an den Stromkreis angeschlossen, wonach die Resonanz durch Reduzierung der Kapazität Co auf einen bestimmten Wert Co2 wiederhergestellt wird. Die gemessene Induktivität wird anhand der Formel berechnet
L x = * (C o1 -C o2)/(C o1 C o2).
Bei Resonanzmessgeräten mit großem Messbereich besteht der Messkreis aus einem Referenzkondensator CO und einer zu untersuchenden Spule L x. Der Stromkreis ist induktiv oder häufiger über einen kleinen Kondensator C 1 (Abb. 7 und 9) mit einem Hochfrequenzgenerator verbunden. Wenn die Schwingungsfrequenz des Generators f 0 bekannt ist, die der Resonanzabstimmung des Stromkreises entspricht, wird die gemessene Induktivität durch die Formel bestimmt
L x = 1/[(2*π*f o) 2 *C o ]. (3)
Für den Aufbau von Messkreisen gibt es zwei Möglichkeiten. In den Schaltungen der ersten Option (Abb. 7) wird der Kondensator C o mit einer konstanten Kapazität genommen und Resonanz wird durch Ändern der Einstellungen des Generators erreicht, der in einem gleichmäßigen Frequenzbereich arbeitet. Jeder Wert von L x entspricht einer bestimmten Resonanzfrequenz
f 0 = 1/(2*π*(L x C x) 0,5), (4)
Daher kann der Generatorschleifenkondensator mit einer Skala ausgestattet werden, die L x -Werte anzeigt. Bei einem großen Bereich gemessener Induktivitäten muss der Generator über mehrere Frequenzunterbereiche mit separaten Skalen zur Schätzung von L x in jedem Unterbereich verfügen. Wenn das Gerät einen Generator mit Frequenzskala verwendet, können Tabellen oder Diagramme erstellt werden, um L x aus den Werten von f 0 und C o zu bestimmen.
Um den Einfluss der spuleneigenen Kapazität C L auf die Messergebnisse auszuschließen, muss die Kapazität C o groß sein; Andererseits ist es wünschenswert, die Kapazität C o klein zu haben, um bei der Messung kleiner Induktivitäten ein ausreichend großes Verhältnis L x /C o sicherzustellen, das erforderlich ist, um bei Resonanz erkennbare Anzeigewerte zu erhalten. In der Praxis gehen sie von C o = 500...1000 pF aus.
Wenn ein Hochfrequenzgenerator in einem begrenzten Frequenzbereich arbeitet, der nicht in Teilbereiche unterteilt ist, werden mehrere schaltbare Kondensatoren C o verwendet, um die Grenzen der Induktivitätsmessung zu erweitern; Wenn sich ihre Kapazitäten um den Faktor 10 unterscheiden, kann die Bewertung von L
Die Messung relativ großer Induktivitäten mit großer Eigenkapazität C L erfolgt im Grenzfall mit einer kleinen Kapazität C o, und umgekehrt erfolgt die Messung kleiner Induktivitäten im Grenzfall mit einer großen Kapazität C o mit ungünstigem Verhältnis L x / C o und eine niedrige Resonanzspannung im Stromkreis.
Reis. 9. Resonanzkreis zur Messung von Induktivitäten mit Ablesung auf der Skala des Referenzkondensators
Bei Resonanzzählern, deren Schaltungen nach der zweiten Variante aufgebaut sind (Abb. 9), werden Induktivitäten bei einer festen Generatorfrequenz f 0 gemessen. Die Abstimmung des Messkreises auf Resonanz mit der Generatorfrequenz erfolgt über einen variablen Kondensator C o, dessen Skala gemäß Formel (3) direkt in L x -Werten abgelesen werden kann. Wenn wir mit C m und C n die maximale bzw. anfängliche Kapazität des Stromkreises und mit L m und L n die maximalen und kleinsten Werte der gemessenen Induktivitäten bezeichnen, werden die Messgrenzen des Geräts durch begrenzt das Verhältnis
L m / L n = C m / C n.
Typische Kondensatoren mit variabler Kapazität haben eine Kapazitätsüberlappung von etwa 30. Um den Fehler bei der Messung großer Induktivitäten zu reduzieren, wird die Anfangskapazität C n der Schaltung erhöht, indem ein zusätzlicher Kondensator C d in die Schaltung eingebaut wird, normalerweise vom Abstimmtyp.
Wenn wir mit ΔС o die größte Änderung der Kapazität des Kondensators C o bezeichnen, die der Differenz seiner Kapazitäten an den beiden Extrempositionen des Rotors entspricht, muss die Schaltung zum Erhalten des ausgewählten Verhältnisses L m / L n eine haben Anfangskapazität
C n = ΔC o: (L m / L n -1). (5)
Beispielsweise erhalten wir mit ΔC o = 480 pF und dem Verhältnis L m / L n = 11 C n = 48 pF. Wenn die Werte von C n und L m / L n in der Berechnung die Anfangsdaten sind, muss ein Kondensator C o verwendet werden, der einen Kapazitätsunterschied aufweist
ΔC o ≥ C n (L m / L n -1).
Für große Werte von C n und L m / L n kann es erforderlich sein, einen Doppel- oder Dreifachblock variabler Kondensatoren zu verwenden.
Die Frequenz f 0, bei der der Generator arbeiten muss, wird durch Formel (4) bestimmt, indem die Werte L m und C n oder L n und C m eingesetzt werden. Um den gesamten Messbereich zu erweitern, wird der Generator mit mehreren betrieben umschaltbare Festfrequenzen. Unterscheiden sich benachbarte Frequenzen des Generators um den Faktor 10 0,5 ≈ 3,16, dann kann man in allen Grenzen die allgemeine Skala der Kondensatorinduktivität C o mit Multiplikatoren verwenden, die ein Vielfaches von 10 sind und durch Einstellen des Frequenzschalters bestimmt werden (Abb. 9). Eine reibungslose Überlappung des gesamten Bereichs der gemessenen Induktivitäten ist gewährleistet, wenn das Verhältnis der Schaltungskapazitäten C m / C n ≥ 10 ist. Wenn der Kondensator Co vom logarithmischen Typ ist, ist die Induktivitätsskala nahezu linear.
Anstelle eines Festfrequenzgenerators können Sie einen Messgenerator mit sanfter Frequenzänderung verwenden, der abhängig von der erforderlichen Grenze für die Messung von Induktivitäten eingestellt wird.
Schwingkreise zur Messung von Induktivität und Kapazität werden häufig in einem Gerät zusammengefasst, da sie über eine Vielzahl identischer Elemente und eine ähnliche Messtechnik verfügen.
Beispiel. Berechnen Sie ein Resonanzinduktivitätsmessgerät, das nach der Schaltung in Abb. arbeitet. 9, für einen Messbereich von 0,1 μH – 10 mH bei Verwendung eines Doppelblocks variabler Kondensatoren, deren Kapazität der Abschnitte von 15 auf 415 pF geändert werden kann.
Lösung
1. Die größte Änderung der Schaltungskapazität ΔС o = 2*(415-15) = 800 pF.
2. Wählen Sie das Verhältnis L m / L n = 11. Dann verfügt das Gerät über fünf Messgrenzen: 0,1-1,1; 1-11; 10-110; 100–1100 µH und 1–11 mH.
3. Nach (5) muss die Schaltung eine Anfangskapazität C n = 800/10 = 80 pF haben. Unter Berücksichtigung der anfänglichen Kapazität des Kondensatorblocks von 30 pF schließen wir in die Schaltung einen Abstimmkondensator C d mit einer maximalen Kapazität von 50...80 pF ein.
4. Maximale Schaltungskapazität C m = C n + ΔC o = 880 pF.
5. Gemäß (4) muss der Generator an der ersten Messgrenze mit einer Frequenz arbeiten
f 01 = 1/(2*π*(L n C m) 0,5) ≈ 0,16*(0,1*10^-6*880*10^-12) ≈ 17 MHz.
Für andere Messgrenzen gilt jeweils: f 02 = 5,36 MHz; f 03 = 1,7 MHz; f 04 = 536 kHz; f 05 = 170 kHz.
6. Wir führen die Induktivitätsskala für die Messgrenze von 1-11 μH durch.
Q-Meter (Kumeter)
Instrumente zur Messung des Qualitätsfaktors von Elementen von Hochfrequenzschaltungen werden oft als Kumeter bezeichnet. Die Wirkungsweise von Kometern basiert auf der Nutzung von Resonanzphänomenen, wodurch die Messung des Qualitätsfaktors mit der Messung von Induktivität, Kapazität, Eigenresonanzfrequenz und einer Reihe anderer Parameter der zu prüfenden Elemente kombiniert werden kann.
Kumeter, dessen vereinfachtes Diagramm in Abb. dargestellt ist. 10, enthält drei Hauptkomponenten: einen Hochfrequenzgenerator, eine Messschaltung und einen Resonanzindikator. Der Generator arbeitet in einem breiten, sich nahtlos überlappenden Frequenzbereich, beispielsweise von 50 kHz bis 50 MHz; Dies ermöglicht die Durchführung vieler Messungen bei der Betriebsfrequenz der zu prüfenden Elemente.
Der untersuchte Induktor L x , R x ist über die Anschlüsse 1 und 2 in Reihe mit dem Referenzkondensator mit variabler Kapazität C o und dem Kopplungskondensator C 2 an den Messkreis angeschlossen; Die Kapazität des letzteren muss die Bedingung erfüllen: C 2 >> C o.m, wobei C o.m die maximale Kapazität des Kondensators C o ist. Durch einen kapazitiven Teiler C 1, C 2 mit großem Teilungskoeffizienten
N = (C 2 + C 1)/C 1
Vom Generator wird eine Referenzspannung U um die erforderliche Hochfrequenz f in den Stromkreis eingespeist. Der im Stromkreis entstehende Strom erzeugt am Kondensator C o einen Spannungsabfall U C, der mit einem Hochfrequenzvoltmeter V2 gemessen wird.
Der Eingangswiderstand des Voltmeters V2 muss innerhalb der Betriebsfrequenzen des Messgerätes sehr hoch sein. Bei ausreichend hoher Empfindlichkeit wird das Voltmeter über einen kapazitiven Spannungsteiler an den Messkreis angeschlossen, dessen Eingangskapazität als Anteil der Anfangskapazität des Kondensators C o berücksichtigt wird. Da alle Kondensatoren, die Teil des Messkreises sind, sehr geringe Verluste aufweisen, können wir davon ausgehen, dass der aktive Widerstand des Kreises hauptsächlich durch den Verlustwiderstand R x der untersuchten Spule bestimmt wird.
Reis. 10. Vereinfachter Schaltplan
Durch Ändern der Kapazität des Kondensators C o wird der Messkreis entsprechend den maximalen Messwerten des Voltmeters V2 auf Resonanz mit der Generatorfrequenz f abgestimmt. In diesem Fall fließt ein Strom I p ≈ U o /R x im Stromkreis, der einen Spannungsabfall am Kondensator erzeugt
U C = I p /(2*π*f*C o) ≈ U o /(2*π*f*C o R x).
Wenn man bedenkt, dass bei Resonanz 1/(2*π*f*С о) = 2*&pi*f*L x ist, finden wir
UC ≈ U o (2*π*f*L x)/R x = U o Q L ,
wobei Q L = (2*π*f*L x)/R x der Qualitätsfaktor der Spule L x bei der Frequenz f ist. Folglich sind die Messwerte des Voltmeters V2 proportional zum Qualitätsfaktor Q L. Bei einer festen Spannung U o lässt sich die Skala des Voltmeters linear in den Werten Q L ≈ U C /U o kalibrieren. Beispielsweise entsprechen bei U o = 0,04 V und der Messgrenze des Voltmeters U p = 10 V die Spannungen am Voltmetereingang 2, 4, 6, 8 und 10 V dem Gütefaktor Q L gleich 50, 100 , 150, 200 und 250.
Die Nennspannung U o wird durch Anpassung der Betriebsart der Generatorendstufe eingestellt. Diese Spannung wird anhand der Messwerte eines Hochfrequenzvoltmeters V1 überwacht, das die Spannung U 1 = U o N am Generatorausgang misst. Wenn beispielsweise die Gütefaktorskala des Voltmeters V2 bei einer Spannung Uo = 0,04 V und dem Teilungskoeffizienten N = 20 erstellt wird, muss die Spannung am Generatorausgang bei U x = 0,04 * 20 = 0,8 V gehalten werden. Die Messgrenze des Voltmeters V1 muss geringfügig über dem berechneten Spannungswert U 1 liegen und beträgt beispielsweise 1 V.
Die Erhöhung der Obergrenze für die Messung von Qualitätsfaktoren wird durch die Reduzierung der Spannung U o auf einen Wert erreicht, der um ein Vielfaches unter dem Nennwert liegt. Nehmen wir an, dass bei einer Spannung U o = 0,04 V eine direkte Ablesung des Gütefaktors auf den Wert Q L = 250 erfolgt. Reduzieren wir die Spannung U o um die Hälfte auf 0,02 V, dann weicht der Voltmeterzeiger V2 aus auf den Vollausschlag bei der Güte Q L = U p /U o = 10/0,02 = 500. Um die obere Messgrenze um das Vierfache auf den Wert Q L = 1000 zu erhöhen, sollten dementsprechend Messungen bei einer Spannung U durchgeführt werden o = 40/4 = 10 mV.
Die Spannung U o kann auf zwei Arten auf den erforderlichen Wert reduziert werden: durch Änderung des Teilungskoeffizienten N durch Umschalten von Kondensatoren C 1 unterschiedlicher Leistung oder durch Anpassung der Ausgangsspannung U 1 des Generators. Um die Messung hochwertiger Faktoren zu erleichtern, ist das Voltmeter V1 (oder ein Teilungsfaktorschalter) mit einer Skala (Markierung) ausgestattet, deren Anzeige den Grad der Spannungsreduzierung U o im Vergleich zu ihrem Nennwert kennzeichnet und ein Multiplikator ist zur Gütefaktorskala des Voltmeters V2.
Um die Funktion des Messgeräts zu überprüfen und seine Fähigkeiten zu erweitern, werden Stützspulen L o mit bekannter Induktivität und Gütefaktor verwendet. Normalerweise gibt es einen Satz mehrerer austauschbarer Spulen L o, die zusammen mit einem variablen Kondensator C o für eine Resonanzabstimmung des Messkreises im gesamten Betriebsfrequenzbereich des Generators sorgen.
Beim Messen Qualitätsfaktor von Induktoren Q L 10-15 Minuten vor Arbeitsbeginn das Gerät einschalten und den Generator auf die erforderliche Frequenz einstellen. Nach dem Aufwärmen werden die Voltmeter V1 und V2 auf Null gestellt. Die zu prüfende Spule wird an die Klemmen 1 und 2 angeschlossen. Durch schrittweises Erhöhen der Ausgangsspannung des Generators wird die Voltmeternadel V1 auf den Nennwert ausgelenkt. Der Kondensator Co stimmt die Schaltung auf Resonanz mit der Frequenz des Generators ab. Geht gleichzeitig der Zeiger des Voltmeters V2 über die Skala hinaus, verringert sich die Ausgangsspannung des Generators. Der Wert des Qualitätsfaktors Q L wird als Produkt der Messwerte auf der Qualitätsfaktorskala des Voltmeters V2 und auf der Multiplikatorskala des Voltmeters V1 bestimmt.
Gütefaktor des Schwingkreises Q K wird in der gleichen Reihenfolge gemessen, indem die Schaltungsspule an die Anschlüsse 1 und 2 und ihr Kondensator an die Anschlüsse 3 und 4 angeschlossen wird. In diesem Fall wird der Kondensator C o auf die Position mit der minimalen Kapazität eingestellt. Wenn der Kondensator des untersuchten Stromkreises eine variable Kapazität aufweist, wird er verwendet, um den Stromkreis auf Resonanz bei der erforderlichen Generatorfrequenz f abzustimmen; Wenn dieser Kondensator konstant ist, erfolgt die Resonanzabstimmung durch Änderung der Frequenz des Generators.
Mit einem Messgerät messen Spuleninduktivität L x ergibt sich auf die oben im Zusammenhang mit dem Diagramm in Abb. besprochene Weise. 9. Der Generator wird auf die Referenzfrequenz abgestimmt, die gemäß der Tabelle in Abhängigkeit vom erwarteten Wert von L x ausgewählt wird. Die zu prüfende Spule wird an die Klemmen 1 und 2 angeschlossen. Der Messkreis wird mit einem Kondensator C o auf Resonanz eingestellt, auf dessen spezieller Skala der Wert von L x unter Berücksichtigung des in der Tabelle angegebenen Teilungswertes ermittelt wird. Gleichzeitig ist durch Variation der Konturparameter eine Bestimmung möglich Eigenkapazität der Spule CL . Für zwei beliebige Werte der Kapazitäten C 01 und C 02 des Kondensators C werden durch Ändern der Generatoreinstellungen die Resonanzfrequenzen der Schaltung f 1 und f 3 ermittelt. Erforderliche Kapazität
C L = (C 02 f 4 2 -C 01 f 1 2) : (f 1 2 -f 2 2)
Die Messung von Behältern mit einem Messgerät erfolgt im Substitutionsverfahren. Der zu prüfende Kondensator C x ist an die Anschlüsse 3 und 4 angeschlossen, und eine der Stützspulen L o ist an die Anschlüsse 1 und 2 angeschlossen, wodurch eine Resonanzabstimmung des Schaltkreises im ausgewählten Frequenzbereich gewährleistet wird. Gleichzeitig können Sie den Verlustfaktor (Gütefaktor) des Kondensators bestimmen:
tan δ = 1/(2*π*f*C x R p)
(wobei R p der Verlustwiderstand ist). Ermitteln Sie dazu mit zwei Werten der Kapazitäten C 01 und C 02, die den Resonanzeinstellungen des Stromkreises ohne Kondensator C x entsprechen, und wenn dieser angeschlossen ist, die Gütefaktoren des Stromkreises Q 1 und Q 2 und Führen Sie dann die Berechnung anhand der Formel durch
tg δ = Q 1 Q 2 /(Q 1 -Q 2) * (C 01 -C 02)/C 01
Bei Bedarf kann der Kumeter-Generator als Messgenerator verwendet werden und mit elektronischen Voltmetern können Spannungen in einem weiten Frequenzbereich gemessen werden.
