 |
Проверка и работа с куметрами.
|
|
|
|
Измерители добротности (куметры).
Выполнил: студент 2 курса, группы 11рс-1 Шубин М.
Проверил: преподаватель Метрологии и стандартизации Снежин А.А.
г.Ульяновск,
2012
Понятие куметра.
Приборы, предназначенные для измерения добротности элементов высокочастотных цепей, часто называют куметрами. Действие куметров основано на использовании резонансных явлений, что позволяет измерение добротности сочетать с измерением индуктивности, ёмкости, собственной резонансной частоты и ряда других параметров испытуемых элементов.
Куметр, упрощённая схема которого приведена на рисунке содержит три основных компонента: генератор высокой частоты, измерительный контур и индикатор резонанса. Генератор работает в широком, плавно перекрываемом диапазоне частот, например от 50 кГц до 50 МГц; это позволяет многие измерения проводить на рабочей частоте испытуемых элементов.
Принцип измерения.
Исследуемая катушка индуктивности Lx, Rx через зажимы 1 и 2 включается в измерительный контур последовательно с опорным конденсатором переменной ёмкости Со и конденсатором связи С2; ёмкость последнего должна удовлетворять условию: С2 >> Со.м, где Со.м - максимальная ёмкость конденсатора Со. Через ёмкостный делитель C1, С2 с большим коэффициентом деления
N = (C2 + C1)/C1
в контур вводится от генератора опорное напряжение Uо требуемой высокой частоты f. Возникающий в контуре ток создаёт падение напряжения UС на конденсаторе Со, которое измеряется высокочастотным вольтметром V2 Входное сопротивление вольтметра V2 в пределах рабочих частот куметра должно быть очень велико. При достаточно высокой чувствительности вольтметр подключают к измерительному контуру через ёмкостный делитель напряжения, входную ёмкость которого учитывают как компонент начальной ёмкости конденсатора Со. Поскольку все конденсаторы, входящие в состав измерительного контура, имеют весьма малые потери, то можно считать, что активное сопротивление контура в основном определяется сопротивлением потерь Rx исследуемой катушки.
|
|
|
Изменением ёмкости конденсатора Со измерительный контур настраивают в резонанс с частотой генератора f по максимальным показаниям вольтметра V2. При этом в контуре будет протекать ток Iр ≈ Uо/Rx, создающий на конденсаторе падение напряжения
UC = Ip/(2*π*f*Cо) ≈ Uо/(2*π*f*CоRx)
Учитывая, что при резонансе 1/(2*π*f*Со) = 2*&pi*f*Lx, находим
UC ≈ Uo(2*π*f*Lx)/Rx = UоQL
где QL = (2*π*f*Lx)/Rx есть добротность катушки Lx при частоте f. Следовательно, показания вольтметра V2 пропорциональны добротности QL. При фиксированном напряжении Uо шкалу вольтметра можно линейно градуировать в значениях QL ≈ UC/Uо. Например, при Uо = 0,04 В и пределе измерений вольтметра Uп = 10 В напряжениям на входе вольтметра 2, 4, 6, 8 и 10 В будут соответствовать добротности QL, равные 50, 100, 150, 200 и 250.
Номинальное напряжение Uо устанавливают регулировкой режима выходного каскада генератора. Контроль этого напряжения осуществляют по показаниям высокочастотного вольтметра V1, измеряющего напряжение U1 = UоN на выходе генератора. Например, если шкала добротностей вольтметра V2 выполнена при напряжении Uо = 0,04 В, а коэффициент деления N = 20, то на выходе генератора должно поддерживаться напряжение Ux = 0,04*20 = 0,8 В. Предел измерений вольтметра V1 должен несколько превышать расчётное значение напряжения U1 и равен, например, 1 В.
Повышение верхнего предела измерения добротностей достигается уменьшением напряжения Uо до значения, в несколько раз меньшего номинального. Предположим, что при напряжении Uо = 0,04 В обеспечивается непосредственный отсчёт добротностей до значения QL = 250. Если же уменьшить напряжение Uо в два раза, до 0,02 В, то стрелка вольтметра V2 будет отклоняться на всю шкалу при добротности QL = Uп/Uо = 10/0,02 = 500. Соответственно для повышения верхнего предела измерений в четыре раза, до значения QL = 1000, измерения следует проводить при напряжении Uо = 40/4 = 10 мВ.
|
|
|
Уменьшить напряжение Uо до требуемого значения можно двумя способами: изменением коэффициента деления N посредством переключения конденсаторов С1 различных номиналов либо регулировкой выходного напряжения U1 генератора. Для удобства измерения больших добротностей вольтметр V1 (или переключатель коэффициентов деления) снабжают шкалой (маркировкой), отсчёт по которой, характеризующий степень уменьшения напряжения Uо по сравнению с его номинальным значением, является множителем к шкале добротностей вольтметра V2.
Проверка и работа с куметрами.
В куметрах промышленного изготовления погрешность измерения добротности составляет 5-10%. Она увеличивается при испытании катушек с высокой добротностью и большой собственной ёмкостью. Погрешность возрастает и с повышением частоты вследствие уменьшения входного сопротивления вольтметров и усиления влияния паразитных наводок на измерительный контур. Для уменьшения этих наводок генератор тщательно экранируют, весь прибор в целом также помешают в экран; испытуемые элементы присоединяют к прибору жёсткими проводниками, а их экраны надёжно соединяют с металлическим кожухом прибора. Неэкранированные катушки при испытании по возможности удаляют от кожуха прибора.
Для проверки работы куметра и расширения его возможностей используют опорные катушки Lо с известными индуктивностью и добротностью. Обычно имеется комплект из нескольких сменных катушек Lо, которые вместе с конденсатором переменной ёмкости Со обеспечивают резонансную настройку измерительного контура в пределах всего диапазона рабочих частот генератора.
При измерении добротности катушек индуктивности QL за 10-15 мин до начала работы включают питание прибора и настраивают генератор на требуемую частоту. После прогрева производят установку нуля вольтметров V1 и V2. Испытуемую катушку подключают к зажимам 1 и 2. Постепенным повышением выходного напряжения генератора добиваются отклонения стрелки вольтметра V1 до отметки номинала. Конденсатором Со настраивают контур в резонанс с частотой генератора. Если при этом стрелка вольтметра V2 заходит за шкалу, выходное напряжение генератора уменьшают. Значение добротности QL определяют как произведение отсчётов по шкале добротностей вольтметра V2 и по шкале множителей вольтметра V1.
|
|
|
Добротность колебательного контура QK измеряют в том же порядке при подключении катушки контура к зажимам 1 и 2, а его конденсатора - к зажимам 3 и 4. При этом конденсатор Со устанавливают в положение минимальной ёмкости. Если конденсатор исследуемого контура имеет переменную ёмкость, то им производят настройку контура в резонанс на требуемую частоту генератора f; если этот конденсатор постоянный, то резонансную настройку осуществляют изменением частоты генератора.
Фото куметров:
|
|
|
