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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Miglioramento del misuratore di capacità e induttanza. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Tecnologia di misurazione Semplici misuratori di capacità e induttanza, come quelli descritti in [1, 2], hanno una bassa precisione di misura. Per comprenderne le cause, si consideri il principio di misurazione, che spiega la Fig. 1. Quando si misura la capacità (Fig. 1, a), il condensatore Cx dalla sorgente di tensione U riceve una carica q \u1d U·CX e, dopo la commutazione mediante l'interruttore S, la corrente di scarica scorre attraverso il dispositivo di misurazione. La misura dell'induttanza (Fig. 1b) si basa anche sulla registrazione della corrente di scarica che scorre attraverso il circuito di misura. Se accettiamo la commutazione come istantanea, la carica è determinata qui dal rapporto tra il flusso magnetico nell'induttanza, uguale a I Lx, alla resistenza totale del circuito CC R e + RL, ad es. q \uXNUMXd XNUMX-Lx / (R e + RL) In pratica, la commutazione viene effettuata periodicamente con una frequenza f utilizzando interruttori elettronici e il dispositivo di misurazione registra la componente continua della corrente Ii = q -f.
Il primo motivo degli errori di misura nei dispositivi descritti è legato all'insufficiente sensibilità del microamperometro che misura la corrente Ii. Per questo motivo, la frequenza di commutazione f deve essere scelta alta e il condensatore Cx dopo che è stato disconnesso dal circuito di misurazione conserva ancora una parte significativa della carica iniziale q, il che riduce in qualche modo la corrente effettivamente misurata Ii. Questa diminuzione dipende dalla capacità del condensatore: più piccola è, più completa è la scarica del condensatore. Pertanto, la scala dello strumento di misura deve essere non lineare e l'utilizzo della scala lineare del microamperometro può portare a un errore di diverse percentuali. Nel caso di misure di induttanza, oltre all'errore dovuto all'elevata frequenza di commutazione e alla relativa non linearità, si verifica un ulteriore errore per bobine con una notevole resistenza di avvolgimento RL. Se, ad esempio, il dispositivo viene calibrato rispetto a un'induttanza di riferimento con una propria resistenza RL, molto inferiore a Ri, e quindi l'induttanza della bobina viene misurata con una resistenza RL commisurata a R, allora le letture saranno sottostimate di (R e + RL) / R e tempi. A volte è necessario tenere conto della resistenza attiva durante la calibrazione rispetto alle bobine di riferimento, poiché, ad esempio, una bobina DM-0,1 con un'induttanza di 500 μH ha RL = 10 Ohm. Per eliminare le note fonti di errore, la parte di misurazione del dispositivo da [2] è stata modificata (Fig. 2). Grazie all'utilizzo dell'amplificatore operazionale DA1, la sensibilità del misuratore viene aumentata di 10 volte in termini di corrente e la frequenza di commutazione viene ridotta della stessa quantità ai limiti corrispondenti. Di conseguenza, la non linearità della scala è diventata inferiore all'1%.
I limiti superiori di misurazione della capacità e dell'induttanza a una frequenza di commutazione di 1 MHz con un microamperometro M24 a 100 μA sono rispettivamente 10 pF e 1 μH. La riduzione della capacità di montaggio si ottiene introducendo un terzo morsetto aggiuntivo per bobine e condensatori misurati ed eliminando l'interruttore L-C. Inoltre, i diodi di commutazione VD1-VD3 sono saldati da uno dei conduttori direttamente ai terminali. Di conseguenza, con morsetti liberi, la capacità di montaggio, che può essere valutata dalla deviazione della freccia da zero, è inferiore a 1 pF. La frequenza di commutazione entro 10 uF e 1 H è molto bassa e ammonta a 1 Hz. In questo caso, l'inerzia del microamperometro non è sufficiente per appianare le fluttuazioni della freccia, e quindi la capacità del condensatore C2 viene scelta per essere 4700 μF. Quando si misura a questa frequenza, il tempo di assestamento del puntatore aumenta fino a decine di secondi. Ad altri limiti con una frequenza di commutazione più elevata, è sufficiente una capacità di circa 470 μF, quindi il tempo di misurazione è di secondi. Sull'interruttore dei limiti di misura è consigliabile aggiungere un gruppo di contatti che comprenda la piena portata di C2 solo a quest'ultimo limite. u= R1 + R2. Con una resistenza significativa dell'avvolgimento, il valore della parte introdotta (destra) di R1 dovrebbe essere ridotto in modo che il valore totale R e = RL + R1 + R2 rimanga invariato. Se è disponibile un resistore di precisione, può essere dotato di una scala graduata. Il design utilizza un resistore convenzionale SP2-3b, quindi vengono aggiunte le prese XS4, XS5 per misurare la parte di uscita di R1 con un ohmmetro utilizzato per misurare la resistenza dell'avvolgimento. Per commutare gli elementi in prova, viene utilizzato un inseguitore di emettitore complementare sui transistor VT1, VT2 alla sorgente di alimentazione, alle cui basi vengono alimentati impulsi di tensione sotto forma di un meandro attraverso gli elementi collegati in parallelo R5, C5. La frequenza di commutazione richiesta è impostata da un oscillatore risonatore al quarzo e una sequenza di contatori divisori decimali realizzati su microcircuiti serie K176 o K561. Questa parte dello schema non differiva in alcun modo da quella data in [2] ed è quindi qui omessa. Affinché le fluttuazioni della tensione di alimentazione non introducano un errore aggiuntivo nelle misurazioni, viene fornita una tensione di +9 V a questa parte del circuito e all'interruttore dallo stabilizzatore. L'alimentazione dell'amplificatore operazionale DA1 è consentita da una fonte di alimentazione con tensioni non stabilizzate di ±12 V; per eliminare le interferenze dal formatore di impulsi, i condensatori C3, C4 vengono aggiunti al circuito di potenza, posto vicino a questo microcircuito. L'impostazione del misuratore si riduce all'azzeramento del dispositivo di misurazione con il resistore R4 su uno dei limiti più grandi ("1 μF" o "0,1 μF"), la calibrazione tramite condensatore di riferimento con regolazione tramite resistore R3, quindi tramite induttanza di riferimento con regolazione tramite R2 (a questo motore del resistore R1 imposta la sua resistenza tra XS4 e XS5, uguale alla resistenza dell'avvolgimento della bobina). Le resistenze trimmer R2, R3 sono preferibilmente multigiro (SP5-2, SP5-22, ecc.). Letteratura
Autore: V.Ivanov, Rostov sul Don
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