В лабораторной работе используется универсальный измерительный мост переменного тока Е12-2. Прибором можно измерять: сопротивление от 0,1 Ом до 5 МОм, ёмкость от 10 пФ до 100 мкФ, индуктивность от 10 мкГ до 100 Г, добротность от 1 до 100 и также угол потерь конденсаторов от 1,001 до 0,1. Основная погрешность измерений в зависимости от частоты питающего напряжения и измеряемых величин не превышает + 3%.
Структурная схема прибора Е12-2 (рис.4) представляет собой сочетание трёх мостов: моста ‑ для измерения сопротивлений на постоянном токе, моста ‑ для измерения ёмкости и моста ‑ для измерения индуктивности на переменном токе. Выбор схемы измерения производится переключателем мостов 10. Питание мостов Cx и Lx осуществляется от генератора, обеспечивающего переменное напряжение с частотой 1000 Гц или 100 Гц в зависимости от положения переключателя частоты 13.
Мост Е12-2 выполнен в виде переносного настольного прибора в стальном защитном кожухе, к которому прикреплена лицевая вертикальная панель с расположенными на ней органами управления прибором: 1 ‑ гнезда для подключения внешнего вольтметра, 2 ‑ кнопка для включения вольтметра при измерении напряжения, 3 ‑ предохранитель, 4 ‑ тумблер включения питающей сети, 5 ‑ ручка установки нуля прибора перед уравновешиванием моста, 6 ‑ указатель равновесия, 7 ‑ переключатель с указанием цифры отсчёта, 8 ‑ ручка и шкала потенциометра балансировки моста, 9 ‑ переключатель и шкала указателя поддиапазонов измеряемых величин, 10 ‑ переключатель вида мзмерений, 11 ‑ регулировка выходного напряжения генератора, 13 ‑ переключатель частоты генератора, 14 ‑ лимб и тумблер переключения отсчётных шкал на лимбе и 15 ‑ зажимы для подключения измеряемых объектов.
Рис.4. Универсальный измерительный мост переменного тока Е12-2:
структурная схема.
Полуавтоматический универсальный мост ВМ509 показан на рис.5 Основные технические характеристики:
1. Диапазон измеряемых величин ‑ от 0,05 Ом до 10 МОм с погрешностью + 0.25 %; от 0,05 пФ до 10 мкФ с погрешностью + 0,25 %; от 5 мкГн до 100 Гн с погрешностью + 2,0 %.
2. Частота измерения ‑ 1000 Гц + 2 %.
3. Питание ‑ от сети 220 В, 120 В, 50-60 Гц, приблизительно 6 ВА от встроенной батареи 4х4,5 В.
4. Диапазон рабочей температуры от +5 (С).
5. Размеры и масса ‑ 320х230х200 мм, 5,5 кг.
Прибор ВМ509 представляет собой неуравновешенный трансформаторный мост, в верхнее и нижнее плече которого переключателем рода работ переключаются соответствующие элементы. Например, при измерении емкости – конденсаторы Cx (измеряемый) и CN (эталонный).
Рис. 5. Структурная схема полуавтоматического моста ВМ509: 1 ‑ генератор со стабилизированной амплитудой; 2 ‑ отдельный усилитель; 3 ‑ трансформаторный мост; 4 ‑ усилитель отклонения; 5 ‑ предварительный усилитель с большим входным сопротивлением; 6 – делитель для составляющей R; 7 – делитель для составляющей X; 8 ‑ оконечный усилитель; 9 ‑ фазосдвигатель; 10 ‑ фазовый детектор; 11 ‑ измерительный прибор; 12 – переключатель рода работ
Измеряемый сигнал со входа генератора 1 подается на трансформатор напряжения 3 с выхода которого через измеряемый и эталонные элементы (конденсатор, резистор, катушка) поступает на трансформатор тока моста. Измеряемый элемент с помощью переключателя пределов измерения 12 подключается к соответствующим обмоткам трансформаторов напряжения и тока, чем достигается частичное уравновешивание моста. Сигнал с выхода согласующей обмотки трансформатора тока, соответствующий величине измеряемого элемента, поступает на усилители 4, 5, 8 и детектор 10. при измерении реактивной составляющей комплексных сопротивлений сигнал поступает на детектор через фазосдвигающую схему 9. При измерении активной составляющей – непосредственно от оконечного усилителя 8. При этом отклонение стрелки прибора пропорционально значению измеряемой величины элемента.
Измерительный прибор 11 имеет три типа шкал. По черной и синей шкалам отсчитывают значения измеряемой величины. Красная шкала используется при измерения допусков. Красное поле ограничивает допустимое значение напряжения источника питания.
Способы измерения
Измерение Rx
Переключатель рода работ установить в положение R. В случае бесконечного сопротивления (разомкнутые зажимы) прибор дает максимальное отклонение направо на всех диапазонах.
К зажимам X подключается измеряемое сопротивление, и переключателем пределов следует переключить от самых больших значений к низшим (сверху вниз) до тех пор, пока отклонение стрелки прибора не будет находиться в пределах 1…10. Измеренное значение отсчитывается по шкале прибора, цвет которого соответствует таблице выбранного режима работы (черный). Если требуется повысить точность отсчета измеряемого значения до 0,25%, то следует использовать декады. Ближайшее низкое число (0, 1, 2, 3…10), определяемое по прибору, передается на декаду путем установки переключателя RC. При этом автоматически возрастает чувствительность измерения в 10 раз. На приборе при этом следует отсчитать второй и третий знаки.
Измерение Cx
Переключатель рода работ установить в положение С, декада RC. При разомкнутых зажимах прибор ни на одном из пределов не дает никакого отклонения (за исключением предела 1 пФ, когда он измеряет собственную емкость зажимов). К зажимам X подключается неизвестный конденсатор, и переключатель пределы от наибольших к наименьшим до тех пор, пока прибор не даст отклонения в пределах 1…10. Для повышения точности использовать декаду RC как при измерении R. Активную составляющую измеряемого конденсатора можно отсчитать по синей шкале после нажатия кнопки X/R.
Размерность у Rp (rx) в таблице переключателя пределов относится к положению декады 0-10. Если декада RC выключена, то необходимо показания измерительного прибора разделить на десять.
Конденсатор при измерении на постоянном токе представляет собой комплексное сопротивление, электрические параметры которого можно выразить в виде последовательной или параллельной комбинации его емкости и сопротивления потерь. Прибор измеряет параллельную комбинацию C (Cx) и Rp (rx). Тангенс угла диэлектрических потерь при этом вычисляется по формуле: .
Измерение Lx
Переключатель рода работ установить в положение L. К зажимам подключается неизвестная индуктивность. Вращать переключатель пределов от наибольших значений к низшим. Величину отклонения следует отсчитать по черной шкале. Если необходимо знать вещественную составляющую определенной катушки индуктивности, следует нажать на кнопку X/R и произвести отсчет по черной шкале.
Прибор измеряет последовательные комбинации L (Lx) и Rp (rx). Гарантируемая точность относится к индуктивности, добротность которой не менее 2.
Измеритель иммитанса Е7-14 со встроенным микропроцессором предназначен для измерения иммитансных параметров электрорадиокомпонентов: резисторов, конденсаторов, катушек индуктивности. Рабочие частоты прибора 0,1; 1 и 10 кГц с погешностью установки не более 0,01%. Диапазон измеряемых иммитансных параметров C, G, L, R, Q, D (tg d) разбит на 8 пределов и соответствует следующим диапазонам измерения:
- сопротивления от 0,0001 Ом до 1000 МОм с погрешностью ±0,02%;
- емкости от 0.001 пФ до 16000 мкФ с погрешностью ±0,03%
- индуктивности от 0,001 мкГн до 16 кГн с погрешностью ±0,02%
В основу работы прибора Е7-14 положен интегрирующий метод измерения напряжения и тока со вспомогательным опорным напряжением (см. рис. 6).
Напряжение рабочей частоты с генератора Г подается на измеряемый объект, подключаемый к преобразователям Yx®Uт, Uн т.е. ПТ, ПН. Преобразователи формируют два напряжения, одно из которых Uт пропорционально току, протекающему через измеряемый объект, другое Uн – напряжению на нем. Отношение этих напряжений равно проводимости Yн объекта по полному сопротивлению Zx. Измерение отношения напряжений проводится аппаратно-программным логометром. Проекции векторов Uт и Uн на опорное напряжение U0 источника опорного напряжения ИОН выделяется синхронным детектором СД предварительно усиленные масштабным усилителем МУ и измеряются аналого-цифровым преобразователем АЦП интегрирующего типа. Автоматический выбор предела измерения осуществляется путем подбора коэффициента деления преобразователя пределов измерения ППИ. Управление измерением и обработка данных осуществляется микропроцессорным контролером К. Вычисленное значение измеренного параметра выдается на цифровое отсчетное устройство ЦОУ через соответствующий дешифратор Дш и интерфейс ИФ в коде КОП.
Для определения соответствующего параметра объект измерения установить в зажим прибора. Установить необходимый режим измерения: частоту. Уровень сигнала, измеряемый параметр (C, R, L, G, Q, D) и эквивалентную схему (параллельную или последовательную). Запустить прибор и считать результат измерения с дисплея.