Форум RadioCat; Просмотр темы – Измерение индуктивности простыми методами

_________________
У кошки четыре ноги: вход, выход, питание и земля

Как измерить индуктивность катушки

_________________
У кошки четыре ноги: вход, выход, питание и заземление.

JLCPCB, всего $2 за прототип платы! Любой цвет по вашему желанию!

Подпишитесь и получите два купона на $5 каждый: https://jlcpcb.com/cwc

Сборка печатной платы от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + шаблон

Вот в чем дело, частотомера нет, осциллографа тоже, только простой мультиметр, паяльник, руки и готовность.
Насколько я помню, в переменном токе индуктивность действует как сопротивление, можно ли это как-то использовать.

_________________
У кошки четыре ноги: вход, выход, питание и земля.

Навигационные модули могут значительно сократить время разработки программного обеспечения. Во время вебинара 17 ноября вы сможете узнать о новых семействах Teseo-LIV3x, Teseo-VIC3x и Teseo-LIV4F. Вы узнаете, как легко добавить функциональность позиционирования с повышенной точностью с помощью двухдиапазонного приемника и MEMS Sensor Navigation. Давайте поработаем с программным обеспечением Teseo Suite и посмотрим на результаты полевых испытаний.

_________________
Память – очень интересная штука: иногда помнишь одно, а вспоминаешь другое.

Компания Infineon выпустила семейство 40-вольтовых МОП-транзисторов OptiMOS 5. Эти транзисторы относятся к семейству MOSFET нормального уровня и обеспечивают повышенное пороговое напряжение по сравнению с другими низковольтными MOSFET, обеспечивая защиту от ложных срабатываний в шумной обстановке.

Не забудьте об осцилляторе, вы можете собрать 555 (вручную) и получить довольно точную частоту, или с кварцем известной частоты, точность может быть выше. Или я пошел совсем не в том направлении.

_________________
У кошки четыре ноги: вход, выход, питание и земля.

Мы бы предпочли иметь нормальную стабильную синусоиду (сетевую, конечно, через трансформатор – это лучшее решение). На 555 (и кварце, если с логикой) в простейшем случае мы имеем однополярный прямоугольник, и его нужно контролировать (из-за допуска элементов частотного датчика).
На этом прямоугольнике можно измерить все

Индуктивность 1-5 мГ достаточно велика, частоты не очень высокие.

_________________
Память – очень интересная штука: иногда помнишь одно, а вспоминаешь другое.

Это необходимо для дросселей для высокочастотных ЭПРА люминесцентных ламп.
Дроссели работают на частотах от 30 до 60 кГц. Точность в этом диапазоне (1-5 мгц) должна быть не хуже 0,05 мгц.

_________________
У кошки четыре ноги: вход, выход, питание и земля.

Последний раз редактировалось aen Ср ноя 22, 2006 11:32:19 am, всего редактировалось 2 раза.

_________________
Память – очень интересная штука: иногда помнишь одно, а вспоминаешь другое.

Последний раз редактировалось Mousey Ср ноя 22, 2006 13:43:03, всего редактировалось 1 раз.

Что же делать? (Так глупо злиться :(.

У меня есть пара понижающих трансов на 12 и 9 вольт от PB. Я как-нибудь сделаю мостовую схему.
Какие рейтинги я должен использовать и как их измерять?

_________________
У кошки четыре ноги: вход, выход, питание и земля.

_________________
Память – очень интересная штука, иногда вы помните одно, а потом вспоминаете другое.

Обратите внимание, что емкость конденсаторов, использующих катушки с известной индуктивностью, также может быть измерена этим методом.

Измерение индуктивности катушек резонансным методом

Однажды я решил найти простой способ измерения индуктивности катушек. И тут я вдруг вспомнил университетский курс TEE (Теоретические основы электротехники), а именно: резонанс в параллельном колебательном контуре, характеризующийся скачком напряжения. Взяв за основу этот фактор и вспомнив формулу Томсона – связь трех компонентов: индуктивности (L), емкости (C) и частоты (f), я построил простую схему.

Суть метода заключается в нахождении резонансной частоты для собранного колебательного контура с известным (проверенным) конденсатором. Резонансная частота определяется любым мультиметром по пиковому значению напряжения на цепи. А зная частоту и емкость, можно рассчитать индуктивность.

Я использовал звуковую карту своего компьютера в качестве генератора частоты и загрузил одну из многих программ-генераторов из Интернета.

Я сделаю несколько пробных измерений.

Тест #1: Я использую хорошо известный конденсатор 1.5uF и дроссель DM-0.6-50 mcg. Я собираю схему, подключаю блок к генератору и мультиметру, запускаю генератор и изменяю частоту в обратном порядке – начиная с 20 кГц вниз. Напряжение сразу же начало расти и застыло на максимуме между 18,85 и 18,65 кГц, откуда я выбрал среднее значение 18,75 кГц.

Затем вы можете выполнить расчеты вручную, ввести формулу в Excel, написать программу или воспользоваться многочисленными онлайн-калькуляторами, что я и сделал, воспользовавшись первым попавшимся сайтом: http://coil32.ru/calc/jslcc.html.

Я ввожу емкость, частоту и получаю индуктивность, указанную на дросселе.

Второй эксперимент. Я беру неизвестный дроссель на ферритовом сердечнике типа “гантель” и конденсатор 1uF. Я собираю схему, запускаю частоту, вычисляю среднее значение из предыдущего метода – 10,45 кГц и снова ввожу данные в калькулятор, что дает мне 232 мкГн.

Я измеряю индуктивность с помощью недавно приобретенного тестера LCR-T4 и получаю результат (с учетом разрешения) 240 мкГн.

Как видите, метод немного громоздкий, заставляющий систему адаптироваться к ограниченным частотным рамкам, но он имеет право на жизнь. Как именно она измеряется – вопрос философский, поскольку все в этом мире относительно. Лично у меня никогда не было проблем с ним в схемах, и долгое время я был доволен его простотой и минимальными требованиями к измерительным приборам и оборудованию.

Следует также отметить, что с помощью этого метода можно измерить емкость конденсаторов, использующих катушки с известной индуктивностью.

• 2
• 2

Количество просмотров этой статьи: 93 695.

Как измерить индуктивность

Наша опытная команда редакторов и исследователей внесла свой вклад в эту статью и проверила ее на точность и полноту.

Команда управления контентом wikiHow внимательно следит за работой редакторов, чтобы убедиться, что каждая статья соответствует нашим высоким стандартам качества.

Количество источников, использованных в статье: 12. Их список можно найти внизу страницы.

Количество просмотров этой статьи: 93 695.

Индуктивность – это способность катушки препятствовать протеканию через нее электрического тока. Индуктор может блокировать один ток и пропускать другой. Например, в телевизорах и радиоприемниках индукционные катушки используются для приема и настройки на различные каналы. Индуктивность обычно измеряется в миллигенерах или микрогенерах. Обычно для его измерения используется генератор частоты и осциллограф или RLC-метр. Индуктивность также можно рассчитать по наклону зависимости напряжения от тока, измерив ток, протекающий через катушку.

В случае мостовой шкалы (рис. 2) измеренные емкость и сопротивление потерь определяются по формулам

Как измерить емкость и индуктивность

Емкость измеряется с помощью измерительных приборов с прямой оценкой емкости, работа которых основана на взаимосвязи между током или напряжением в цепи переменного тока и содержащейся в ней емкостью. Значение емкости определяется по шкале стрелочного измерительного прибора.

Более широко для измерения конденсаторов и индукторов используются уравновешенные мосты переменного тока, которые допускают небольшую погрешность измерения (до 1%). Мост питается от генераторов, работающих на постоянной частоте 400-1000 Гц. В качестве индикаторов используются выпрямительные или электронные милливольтметры, а также осциллографические индикаторы.

Измерения производятся путем уравновешивания моста путем попеременного перемещения двух его рычагов. Показания снимаются с рычагов, с помощью которых балансируется мост.

В качестве примера рассмотрим измерение мостов на основе измерителя индуктивности EZ-3 (рис. 1) и измеритель емкости E8-3 (рис. 2).

Рис. 1. Схема моста для измерения индуктивности

Рис. 2. Схема моста для измерения емкости при низких (a) и высоких (b) потерях

В сбалансированном мосте (рис. 1) индуктивность катушки и ее коэффициент добротности задаются формулами Lx = R1R2C2; Qx = wR1C1.

Используя мостовой баланс (рис. 2), измеренные емкость и сопротивление потерь определяются по формулам

Измерение емкости и индуктивности методом амперметра-вольтметра

Резонансные методы широко используются для измерения малых емкостей (не более 0,01 – 0,05 мкФ) и высокочастотных индуктивностей в их рабочем диапазоне частот Резонансный контур обычно содержит высокочастотный генератор, индуктивно или емкостно связанный с измерительной цепью LS. В качестве индикаторов резонанса используются чувствительные, высокочастотные приборы, реагирующие на ток или напряжение.

В методе амперметра-вольтметра измеряются относительно большие емкости и индуктивности при питании измерительной цепи от источника низкой частоты 50 – 1000 Гц.

Для измерения можно использовать схемы на рисунке 3.

Рисунок 3: Схемы измерений для больших (a) и малых (b) сопротивлений переменного тока

Из показаний измерительного оборудования видно, что общее сопротивление

можно определить из следующих выражений

Если активными потерями в конденсаторе или катушке можно пренебречь, то можно использовать рисунок 4. 4. В этом случае

Рис. 4. Схема измерения большого (а) и малого (б) сопротивлений методом амперметра-вольтметра

Измерение относительной индуктивности двух катушек

Взаимную индуктивность двух катушек можно измерить методом амперметра-вольтметра (рис. 5) и методом катушка-провод.

Рис. 5 Измерение взаимной индуктивности методом амперметра-вольтметра

Значение взаимной индуктивности при измерении методом амперметра-вольтметра

Индуктивность может быть измерена одним из описанных ранее методов.

Если вам понравилась эта статья, пожалуйста, поделитесь ею в социальных сетях. Это очень поможет в развитии нашего сайта!

Резонансные цепи для измерения индуктивности и емкости часто объединяют в одном приборе, поскольку они имеют ряд одинаковых компонентов и схожую методику измерения.

Как измерить индуктивность катушки

Основным параметром, характеризующим контурные катушки, дроссели, обмотки трансформаторов, является индуктивность L. В высокочастотных цепях используются катушки с индуктивностью от сотых долей микрогенри до десятков миллигенри; катушки, используемые в низкочастотных цепях, имеют индуктивность до сотен или тысяч генри. Индуктивность высокочастотных катушек в колебательных системах должна измеряться с погрешностью не более 5%; в большинстве других случаев допустима погрешность до 10-20%.

Рисунок 1. Эквивалентные диаграммы индуктора.

Каждая катушка, помимо индуктивности L, характеризуется также собственной (межвитковой) емкостью C_L и активное сопротивление потерь R_Lраспределены по всей его длине. Условно считается, что L, C_L и Р_L сосредоточены и образуют замкнутую колебательную цепь (рис. 1, а) с собственной резонансной частотой

Из-за влияния емкости C_L измерение на высокой частоте f определяет не реальную индуктивность L, а эффективное или динамическое значение индуктивности

которая может значительно отличаться от индуктивности L, измеренной на низких частотах.

С увеличением частоты потери в индукторах из-за поверхностных эффектов, излучаемой энергии, токов повреждения в изоляции и сепараторе обмотки и вихревых токов в сердечнике увеличиваются. Таким образом, эффективное активное сопротивление R_д катушки может быть значительно больше, чем ее сопротивление R_Lизмеряется с помощью омметра или моста постоянного тока. Частота f также определяет коэффициент качества катушки:

На рис. 1, б показана эквивалентная схема индукционной катушки с указанием ее эффективных параметров. Поскольку значения всех параметров зависят от частоты, рекомендуется проводить испытания катушек, особенно высокочастотных, на частоте питания, соответствующей их рабочему режиму. Подстрочный индекс “e” обычно опускается при определении результатов испытаний.

Для измерения характеристик индукторов в основном используются методы вольтметра/амперметра, моста и резонанса. Перед проведением измерений убедитесь, что индукционная катушка не закорочена и не разомкнута. Обрыв цепи можно легко обнаружить с помощью любого омметра или пробника, в то время как для обнаружения короткого замыкания требуется специальный тест.

Электронно-лучевые осциллографы иногда используются для простых испытаний индукционных катушек.

Индикация короткозамкнутых витков

Устойчивость к короткому замыканию обычно проверяется путем размещения испытательной катушки рядом с другой катушкой в колебательном контуре автогенератора, наличие и уровень колебаний которого контролируется с помощью телефонных аппаратов, датчиков набора номера, мерцающих лампочек или других индикаторов. Катушка с закороченными витками вносит активные потери и реактивное сопротивление в связанную цепь, уменьшая Q-фактор и эффективную индуктивность цепи; в результате колебания автогенератора будут ослаблены или даже прерваны.

Рисунок 2: Схема резонансного измерителя емкости, использующего явление поглощения.

Чувствительным прибором такого типа может служить, например, генератор, выполненный по схеме рис. 2. Короткое замыкание катушки рядом с витком контура L1 вызовет явное увеличение показаний микроамперметра мкА.

Испытательная цепь может представлять собой последовательную цепь, настроенную на частоту питания (см. “Радио”, 72-5-54); напряжение на элементах этой цепи, контролируемое индикатором, будет уменьшаться из-за закорачивания витков испытуемой катушки вследствие нарушения настройки и увеличения потерь. Также можно использовать сбалансированный мост переменного тока, в этом случае одно из плеч должно быть катушкой связи (вместо L_x); короткое замыкание обмоток испытательной катушки приведет к разбалансировке моста.

Чувствительность испытательного устройства зависит от степени связи между катушкой измерительной цепи и проверяемой катушкой; для ее увеличения желательно поместить обе катушки на общий сердечник, который в этом случае является открытым.

Если нет специального оборудования для тестирования высокочастотных катушек, можно использовать радиоприемник. Последний настраивается на хорошо слышимую станцию, а затем тестируемая катушка помещается рядом с одной из катушек активного контура, например, магнитной антенны (предпочтительно на одной оси с магнитной антенной). Если катушки закорочены, громкость будет заметно снижена. Снижение громкости может также произойти, если частота настройки приемника близка к собственной частоте испытательной катушки. Поэтому тест следует повторить, когда приемник настроен на другую станцию, достаточно удаленную от первой частоты, чтобы избежать ошибок.

Измерение индуктивности методом вольтметра/амперметра

Метод вольтметра/амперметра используется для измерения относительно больших индуктивностей, когда измерительная цепь питается от источника низкой частоты F = 50. 1000 Гц.

Измерительная схема показана на рис. 3, а. Сопротивление Z индуктора рассчитывается по формуле

на основе показаний переменного тока V

. Если потери малы, т.е. R << X = 2*π*F*L_xизмеряемая индуктивность определяется по формуле

Катушки с высокой индуктивностью обычно изготавливаются со стальными сердечниками для уменьшения их размеров. Наличие последнего приводит к нелинейной зависимости магнитного потока от тока, протекающего через катушку. Эта зависимость становится особенно сложной для катушек, работающих с подмагничиванием, где через обмотки одновременно протекают переменный и постоянный токи. Поэтому индуктивность катушек со стальными сердечниками зависит от величины и характера протекающего через них тока. Например, когда постоянная составляющая тока высока, сердечник становится магнитно насыщенным, и индуктивность катушки быстро уменьшается. Кроме того, проницаемость сердечника и индуктивность катушки зависят от частоты переменного тока. Поэтому индуктивность катушек со стальными сердечниками должна измеряться в условиях, аналогичных их рабочему режиму. В диаграмме на рисунке 3, а Это обеспечивается путем дополнения его цепью постоянного тока, показанной пунктирной линией. Необходимый ток намагничивания устанавливается реостатом R2 в соответствии с показаниями миллиамперметра постоянного тока. мА. Изолирующий конденсатор C и дроссель Dr разделяют цепи питания постоянного и переменного тока, устраняя взаимное влияние между ними. Приборы переменного тока, используемые в этой цепи, не должны реагировать на постоянные составляющие измеряемого тока или напряжения; для вольтметра V

последовательно с конденсатором в несколько микрофарад.

Рисунок 3: Схемы для измерения индуктивности методом вольтметра/амперметра.

Другой вариант схемы измерения, позволяющий обойтись без миллиамперметра переменного тока, показан на рис. 3, б. В этой схеме реостаты R1 и R2 (их можно заменить потенциометрами, подключенными параллельно источнику питания) используются для установки желаемого режима тестирования переменного и постоянного тока. В положении 1 переключателя В вольтметр V

измеряет переменное напряжение U₁ на катушке L_x. Когда переключатель находится в положении 2, переменный ток в цепи фактически контролируется падением напряжения U₂ через опорный резистор R_о. Если потери в катушке малы, т.е. R << 2*π*F*L_xизмеренная индуктивность может быть рассчитана по формуле

Мостовой метод измерения параметров индукторов. Универсальные измерительные мосты

Мосты для измерения индуктивности состоят из двух плеч с активным сопротивлением, плеча с измерительным объектом, сопротивление которого обычно комплексное, и плеча с пассивным элементом, конденсатором или индуктором.

Рисунок 4: Схема моста мастерской для измерения индуктивности и сопротивления потерь.

В цеховых измерительных мостах в качестве реактивных элементов предпочтительнее использовать конденсаторы, поскольку потери энергии в них могут быть несколько ниже, а это способствует более точному определению параметров рассматриваемых индукторов. Схема такого моста показана на рисунке 4. Регулирующим элементом здесь является переменный конденсатор C2 (или магазин емкостей), который шунтируется переменным резистором R2; последний служит для выравнивания фазового сдвига, создаваемого сопротивлением потерь R_x в катушке индуктивностью L_x. Используя условие баланса амплитуд (Z₄Z₂ = Z₁Z₃), мы находим:

Поскольку фазовые углы φ1 = φ3 = 0, условие фазового равновесия (φ4 +φ2 =φ1 + φ3) можно записать как φ4 + φ2 = 0, или φ4 = -φ2, или tg φ4 = -tg φ2. Учитывая, что для рычага с L_x формула справедлива (tg φ =XСхема такого моста показана на рисунке 4. Регулирующим элементом здесь является переменный конденсатор C2 (или магазин емкостей), который шунтируется переменным резистором R2; последний служит для выравнивания фазового сдвига, создаваемого сопротивлением потерь R₂x

в катушке индуктивностью L

x_{. Используя условие баланса амплитуд (Z}Z _{= Z}Z

), мы находим:

Поскольку фазовые углы φ1 = φ3 = 0, условие фазового равновесия (φ4 +φ2 =φ1 + φ3) можно записать как φ4 + φ2 = 0, или φ4 = -φ2, или tg φ4 = -tg φ2. Учитывая, что для рычага с L_x применяется формула (tg φ =X/R), а для плеча мощностью C _{– формулу (tg φ =R/X) с отрицательным значением угла φ2, имеем}Решая вышеприведенные уравнения вместе, получаем: Из последних формул следует, что конденсатор C2 и резистор R2 могут иметь веса, позволяющие непосредственно оценить Lx

и Р

x_{, а амплитудные и фазовые поправки, которые они вносят, взаимозависимы, что позволяет быстро сбалансировать мост.}Чтобы расширить диапазон измеряемых значений, один из резисторов R1 или R3 обычно делают магазином резисторов. Если необходимо измерить параметры катушек со стальными сердечниками, следует использовать мостовую схему рис. 4, дополненную источником постоянного напряжения Uо

, реостат R

о _{и миллиамперметр постоянного тока} мА

для управления и контроля тока намагничивания, а также дроссель Dp и конденсатор C для разделения цепей переменного и постоянного тока._{Рисунок 5. Схема магазинного моста для измерения индуктивности и коэффициентов качества}Рисунок 5: Схема магазинного моста для измерения индуктивности и сопротивления 5 показана схема другого варианта магазинного моста, в котором конденсатор C2 имеет фиксированную емкость, а резисторы R1 и R2 предполагаются переменными. Расширение диапазона измерений достигается путем включения в мост резисторов R3 с различными номиналами. Уравнения (1) и (2) показывают, что амплитудная и фазовая регулировки в этой цепи взаимозависимы, поэтому балансировка моста достигается путем чередования сопротивлений резисторов R1 и R2. Оценка индуктивности L

x

оценивается по шкале резистора R1 с учетом коэффициента умножения, определяемого настройкой переключателя _В. Ссылка на масштаб резистора R2 обычно делается со ссылкой на коэффициент качества индукторов_{на частоте F источника питания. Истинность последней формулы можно проверить, разделив левую и правую части равенства (1) на соответствующие части равенства (2).}С данными, показанными на рисунке, измерительный мост может измерять индуктивность от примерно 20 мкГн до 1, 10, 100 мГн; 1 и 10 ГГ (без стальных сердечников) и коэффициенты качества до Q_L ≈ 60. Источником питания является транзисторный генератор с частотой колебаний F ≈ 1 кГц. Неравновесное напряжение усиливается транзисторным усилителем, расположенным в телефонах Tf. Двойной Т-фильтр, настроенный на 2F ≈ 2 кГц, подавляет вторую гармонику колебаний источника, облегчая балансировку моста и уменьшая погрешность измерений.

Мостовые измерители индуктивности, емкости и активного сопротивления имеют ряд одинаковых компонентов. Поэтому их часто объединяют в одном устройстве – универсальном измерительном мосте. Высокоточные универсальные мосты основаны на цеховых схемах типа, показанного на рис. 5. Они содержат источник постоянного напряжения или выпрямитель (питающий измерительную цепь R_x), низкочастотный генератор с выходной мощностью несколько ватт, многокаскадный несимметричный усилитель напряжения, нагруженный магнитоэлектрическим гальванометром; последний при измерении активных сопротивлений подключается непосредственно к измерительной диагонали моста. Необходимая измерительная цепь образована довольно сложной системой коммутации. Иногда в таких мостах используются индикаторы логарифмического типа, чувствительность которых резко падает при дисбалансе моста._{Рисунок 6: Универсальный реохордный мост для измерения сопротивления, емкости и индуктивности}Универсальные резисторные мосты намного проще и могут измерять радиочастотные компоненты с точностью 5-15%. Возможная схема такого моста показана на рисунке 6. Во всех измерениях на мост подается напряжение частотой около 1 кГц, которое возбуждается транзисторным генератором, выполненным в виде индуктивной трехточечной схемы. Индикатором баланса является высокоомный телефон Tf. Резисторы R2 и R3 заменяются проволочным реохордом (или, чаще, простым потенциометром), что позволяет сбалансировать мост, плавно изменяя соотношение сопротивлений R2/R3. Этот коэффициент считывается со шкалы реохорда, диапазон показаний которой обычно ограничен крайними значениями 0,1 и 10. Значение, измеренное с помощью уравновешенного моста, определяется как произведение показаний шкалы реохорда и множителя, определяемого установкой переключателя B. Для каждого типа и предела измерения необходимо выбрать подходящий эталонный элемент требуемого размера, конденсатор C_о (C1), резистор R_о (R4) или индуктор L_о (L4)._{Особенностью этой схемы является то, что измеряемые элементы R}x

и L_x содержатся в первом плече моста (с опорными элементами R_о и L

о_{расположенный в четвертом плече), и C}х

с другой стороны, к четвертому плечу (с C

о

– в первой руке). Таким образом, все измеренные значения оцениваются по аналогичным формулам, таким как

где A

х _{и А}о

– это значения соответствующих измеряемых и эталонных элементов._{Переменный резистор R5 используется для компенсации фазовых сдвигов и улучшения баланса моста при измерении индуктивности. Для этой же цели к цепи опорного конденсатора C иногда подключают небольшой переменный резистор.}о _{для ограничения измерения больших конденсаторов, которые часто имеют заметные потери.}.

Для того чтобы исключить влияние руки оператора, ползунок реохорда обычно соединен с корпусом прибора.

Измерители резонансной индуктивности_{Резонансные методы позволяют измерять высокочастотные индукторы в пределах их рабочего диапазона частот. Схемы и методы измерений аналогичны тем, которые используются для измерений резонансных конденсаторов, разумеется, с учетом специфики объектов измерений.}Рис. 7. Резонансная цепь для измерения индуктивности со считыванием шкалы осциллятора_{Испытываемая катушка индуктивности может быть включена в высокочастотный генератор как часть его колебательного контура; в этом случае индуктивность L}x _{определяется по показаниям частотомера, который измеряет частоту колебаний генератора.}Часто L_x подключается к измерительной цепи, соединенной с источником высокочастотных колебаний, например, осциллятором (рис. 2), или к входной цепи радиоприемника, настроенного на частоту вещательной станции (рис. 8). Предположим, что измерительная цепь состоит из катушки связи L с подстроечным сердечником и переменного конденсатора C

о_{Рис. 8. Схема измерения резонансной емкости с помощью радиоприемника}Затем используется следующая процедура измерения. Измерительная цепь с максимальной емкостью C_о1 конденсатор C₁о₀ путем настройки индуктивности L в резонанс с известной частотой f источника колебаний. Затем индуктивность L включается в цепь последовательно с ее элементами

x_{после чего резонанс восстанавливается путем уменьшения емкости Co до определенного значения C}о2_{. Измеренная индуктивность рассчитывается по формуле}В резонансных измерителях широкого диапазона измерительная цепь состоит из опорного конденсатора C

о _{и катушка L}x_{. Цепь подключается индуктивно или, чаще, через небольшой конденсатор C} (рис. 7 и 9) с помощью высокочастотного генератора. Если частота осциллятора f_{соответствующей резонансной настройке контура, измеренная индуктивность определяется по формуле}Возможны два варианта построения измерительной цепи. В первом типе схемы (рис. 7) конденсатор C₀о _{берется с постоянной емкостью, а резонанс достигается изменением настройки генератора, который работает в плавном диапазоне частот. Каждое значение L}x

соответствует определенной резонансной частоте_{Поэтому конденсатор генераторного контура может быть снабжен шкалой, на которой отображаются значения L}x_{. Если имеется широкий диапазон измеряемых индуктивностей, генератор должен иметь несколько частотных поддиапазонов с отдельными шкалами для L}x _{в каждой подполосе. Если в приборе используется генератор шкалы частоты, то для определения L}x _{с ф} и C_о могут быть представлены в табличной или графической форме._{Для того чтобы исключить влияние внутренней емкости C}L

катушки на результаты измерений, емкость C_о должна быть большой; с другой стороны, емкость C_о должна быть небольшой, чтобы обеспечить достаточно высокий уровень L

x_/Cо_{для получения существенного показания индикатора при резонансе. На практике C}о _{= 500. 1000 пФ.}Если высокочастотный генератор работает в ограниченном диапазоне частот, который не разделен на поддиапазоны, то для расширения пределов измерения индуктивности используется несколько переключаемых конденсаторов C_оконденсаторов; если их емкости отличаются в 10 раз, то L_x можно сделать, используя ту же шкалу генератора с кратностью 10. Однако такая система имеет существенные недостатки.

Измерение относительно больших индуктивностей, которые имеют значительную внутреннюю емкость C

L₀измеряется на границе с малой емкостью C_ои наоборот, измерение малых индуктивностей производится в пределе большой емкости C_о при неблагоприятном соотношении L_x/C_о и небольшое резонансное напряжение на контуре._{Рисунок 9. Резонансная схема для измерения индуктивности с отсчетом по шкале эталонного конденсатора}В резонансных измерителях, схемы которых выполнены по второму варианту (рис. 9), индуктивности измеряются при постоянной частоте генератора f_{. Измерительная цепь настраивается в резонанс с частотой генератора с помощью переменного конденсатора C}о

показания которого на шкале, согласно формуле (3), могут быть выполнены непосредственно в значениях L_x. Если C_м и C

н _{максимальная и начальная емкости контура соответственно, и с L}м _{и L}н _{– максимальное и минимальное значения измеряемых индуктивностей, то диапазон измерения прибора ограничивается отношением}Типичные переменные конденсаторы имеют перекрытие емкости около 30. Чтобы уменьшить ошибку для больших индуктивностей, начальная емкость C_н схемы увеличивается за счет добавления дополнительного конденсатора C

д_{который обычно имеет регулируемый тип.}Если ΔC_о наибольшее изменение в конденсаторе C_оравна разности его емкостей в двух крайних положениях ротора, то для получения выбранного коэффициента L_м/L_н контур должен иметь начальную емкость_{Например, при ΔC}о _{= 480 пФ и L}м_/Lн

= 11 получаем C_н = 48 пФ. Если значение C_н и L_м/L

н₀ являются исходными данными для расчета, а затем конденсатор C_окоторая имеет разность емкостей_{Для больших значений C}н _{и L}м_/Lн _{Возможно, потребуется использовать двойной или сложенный банк переменных конденсаторов.}Частота f_{при котором должен работать генератор, определяется по формуле (4) путем подстановки в нее значений L}м _{и C}н _{или L}н

и C

м

. Для расширения диапазона измерений можно использовать генератор с несколькими переключаемыми фиксированными частотами. Если частоты соседних генераторов отличаются в 10 раз 0,5 ≈ 3,16, то можно использовать общую шкалу индуктивности конденсатора C во всех пределах.о

с множителями к нему, кратными 10 и определяемыми настройкой переключателя частоты (рис. 9). Плавное перекрытие всего диапазона измеряемых индуктивностей обеспечивается, если отношение емкостей контуров C
м_/Cн

≥ 10. Если конденсатор C_о имеет логарифмический вид, шкала индуктивности близка к линейной._{Вместо генератора постоянной частоты можно использовать генератор переменной частоты, который настраивается в соответствии с требуемым пределом измерения индуктивности.}Резонансные цепи для измерения индуктивности и емкости часто объединяют в одно устройство, так как они имеют ряд одинаковых компонентов и схожую процедуру измерения.

Пример_{. Рассчитайте резонансный измеритель индуктивности, работающий по схеме на рис. 9, для диапазона измерений от 0,1 мкГн до 10 мкГн с использованием двойного блока переменных конденсаторов, емкость которых может изменяться от 15 пФ до 415 пФ.}Решение есть._{1. наибольшее изменение емкости цепи ΔC}о

= 2*(415-15) = 800 пФ._{2. выберем коэффициент L}м_/Lн _{= 11. Тогда прибор будет иметь пять пределов измерения: 0,1-1,1; 1-11; 10-110; 100-1100μH и 1-11 mGn.}Согласно (5) цепь должна иметь начальную емкость C

н
= 800/10 = 80 пФ. Учитывая, что начальная емкость конденсаторной батареи равна 30 пФ, мы включаем в эту схему триммерный конденсатор C₀₁д _{с максимальной емкостью 50. 80 пФ.}4. максимальная емкость цепи C_м = С
н₀₂ + ΔC₀₃о₀₄ = 880 пФ.₀₅5. Согласно (4), на первом пределе измерения генератор должен работать с частотой

f

= 1/(2*π*(L

н

C

м_{) 0.5 ) ≈ 0.16*(0.1*10^-6*880*10^-12) ≈ 17 МГц.}Для других пределов измерения мы получаем соответственно: f _{= 5,36 МГц; f} = 1,7 МГц; f _{= 536 кГц; f} = 170 кГц.₂6 Шкалы индуктивности указаны для диапазона измерений 1-11 мкГн.₂Измерители коэффициента качества (куметры)_{Приборы для измерения коэффициента качества элементов высокочастотных цепей часто называют куметрами. Их работа основана на использовании резонансных явлений, что позволяет сочетать измерения коэффициента качества с измерениями индуктивности, емкости, собственной частоты и ряда других параметров испытываемых элементов.}Q-метр, упрощенная схема которого показана на рисунке 10, содержит три основных компонента: генератор высокой частоты, измерительную схему и индикатор резонанса. Генератор работает в широком, плавно перекрывающемся диапазоне частот, например, от 50 кГц до 50 МГц; это позволяет проводить множество измерений на рабочей частоте тестируемых компонентов._{Исследуемая катушка имеет индуктивность L}x_{, R}x₁ подключается к измерительной цепи с клеммами 1 и 2 последовательно с переменным конденсатором C₂о

и конденсатор связи C_{; емкость последнего должна удовлетворять условию: С} >> С_о.м.где C_о.м. – максимальная емкость конденсатора C

о_{. Через емкостной делитель C}, С _{с высоким коэффициентом деления}опорное напряжение U

о

желаемой высокой частоты f. Ток, возникающий в цепи, вызывает падение напряжения U_С на конденсаторе C_окоторый измеряется высокочастотным вольтметром V2._{Входной импеданс вольтметра V2 должен быть очень высоким в рабочем диапазоне частот соединителя. Если чувствительность достаточно высока, вольтметр подключается к измерительной цепи через емкостной делитель напряжения, входная емкость которого рассчитывается как составляющая начальной емкости конденсатора C}о_{. Поскольку все конденсаторы, включенные в измерительную цепь, имеют очень малые потери, можно предположить, что активное сопротивление цепи в основном определяется сопротивлением потерь R}x

конкретной катушки._{Рисунок 10. Упрощенная схема кумометра}Изменение емкости конденсатора C_о измерительная цепь настраивается в резонанс с частотой генератора f в соответствии с максимальным показанием вольтметра V2. Ток I

р _{≈ U}о_/Rx_{что вызывает падение напряжения на конденсаторе}Учитывая, что при резонансе 1/(2*π*f*C_о) = 2*&pi*f*L_xмы обнаружили, что_{где Q}L _{= (2*π*f*L}x_)/Rx _{коэффициент качества катушки L}x _{на частоте f. Поэтому показания вольтметра V2 пропорциональны коэффициенту качества Q}L_{. При постоянном напряжении U}о _{шкала вольтметра может быть линейно откалибрована в Q}L

≈ U_C/U₁о_{. Например, при U}о _{= 0,04 В и предел измерения вольтметра U}п₁ = 10 В, входные напряжения 2, 4, 6, 8 и 10 В будут соответствовать коэффициенту качества Q

L_{L , равные 50, 100, 150, 200 и 250.}Номинальное напряжение U_о устанавливается путем регулировки режима работы выходного каскада генератора. Это напряжение контролируется высокочастотным вольтметром V1, который измеряет напряжение U _{= U}о_{N на выходе генератора. Например, если шкала коэффициента качества вольтметра V2 выполнена с напряжением Uo = 0,04 В и коэффициентом деления N = 20, то на выходе генератора должно поддерживаться напряжение U}x _{= 0,04*20 = 0,8 В. Предел измерения вольтметра V1 должен быть несколько выше расчетного значения U} = 1 В, например._{Увеличение верхнего предела измерения коэффициента Q достигается путем уменьшения напряжения U}о _{до значения в несколько раз ниже номинального. Предположим, что при напряжении U}о _{= 0,04 В прямое измерение Q}L _{= 250. Если напряжение U}о

в два раза, до 0,02 В, стрелка вольтметра V2 отклонится до полной шкалы при коэффициенте качества Q_L = U₁п₁/U_о = 10/0,02 = 500. Поэтому, чтобы увеличить верхний предел измерения в четыре раза, до значения Q

L

= 1000, измерения должны проводиться при U_о = 40/4 = 10 мВ._{Уменьшите напряжение U}о _{до требуемого значения можно уменьшить двумя способами: изменением коэффициента деления N через переключающие конденсаторы C} различные значения или путем регулировки выходного напряжения U

осциллятора. Для удобства измерения более высоких коэффициентов качества вольтметр V1 (или переключатель коэффициента деления) снабжен шкалой (маркировкой), показания которой, характеризующие степень снижения напряжения U о от номинального значения является множителем для шкалы коэффициента добротности вольтметра V2._{В серийно выпускаемых вольтметрах погрешность измерения коэффициента качества составляет 5-10%. Он увеличивается при испытании катушек с высоким коэффициентом добротности и большой емкостью. Погрешность также увеличивается с ростом частоты из-за уменьшения входного сопротивления вольтметров и увеличения влияния паразитных помех на измерительную цепь. Для уменьшения этого генератор тщательно экранирован, весь прибор также экранирован, тестируемые компоненты подключены к прибору жесткими кабелями, а их экраны надежно соединены с металлическим корпусом прибора. Во время испытания неэкранированные катушки должны быть максимально удалены из корпуса.}Для проверки работы куметра и расширения его возможностей используются эталонные катушки L_о С известной индуктивностью и коэффициентом добротности. Обычно существует набор из нескольких взаимозаменяемых L

окоторый вместе с переменным конденсатором C_о обеспечить резонансную настройку измерительной цепи во всем рабочем диапазоне частот генератора._{Во время измерения} Q коэффициент индуктивности индукторов

Q L За 10-15 минут до начала работы включите питание и настройте генератор на необходимую частоту. После прогрева установите вольтметры V1 и V2 на ноль. Подключите испытательную катушку к клеммам 1 и 2. Постепенно увеличивая выходное напряжение генератора, стрелка вольтметра V1 установится на номинальную отметку. Контур настроен в резонанс с частотой генератора конденсатором Co. Если игла вольтметра V2 зашкаливает, выходное напряжение генератора уменьшается. Коэффициент качества Q_L это произведение показаний коэффициента качества на шкале V2 и множителя на шкале V1._{Коэффициент качества колебательного контура} Q_K измеряется аналогичным образом, при этом катушка контура подключается к клеммам 1 и 2, а ее конденсатор – к клеммам 3 и 4. Конденсатор C_о установлен на минимальную мощность. Если конденсатор тестируемой схемы имеет переменную емкость, он используется для настройки схемы в резонанс на требуемой частоте генератора f; если этот конденсатор фиксирован, настройка в резонанс осуществляется путем изменения частоты генератора. Измерение с помощью кулонометра индуктивность катушек _Lx₀₁ осуществляется так же, как описано выше в связи со схемой на рис. 9. Генератор настраивается на опорную частоту, выбранную по таблице в зависимости от ожидаемого значения L₀₂x_{. Подключите испытательную катушку к клеммам 1 и 2. Измерительная цепь настроена в резонанс с конденсатором C}о₁и на специальной шкале L₃x

с учетом значения шкалы, указанного в таблице. В то же время, изменяя параметры контура, можно также определить _{удельная емкость катушки} C_L. Для любых двух значений емкостей C

и C _{конденсатора C}о₀₁ изменяя настройку генератора, резонансные частоты контура f₀₂ и ф_{. Измеренная емкость}Измерение емкости с помощью куметра осуществляется методом замещения. Проверенный конденсатор, C₁х₂ подключается к клеммам 3 и 4, а к клеммам 1 и 2 подключается одна из опорных катушек L

о

что обеспечивает настройку схемы на резонанс в выбранном диапазоне частот. В то же время можно определить тангенс угла потерь (коэффициент качества) конденсатора:(где Rп – сопротивление потерь). Для этого при двух значениях емкости C

и C

что соответствует резонансной настройке контура без конденсатора C

х

и при подключенном конденсаторе найти коэффициент качества Q

и Q

а затем произвести расчеты по формуле

При необходимости осциллятор куметра можно использовать в качестве измерительного генератора, а электронные вольтметры – для измерения напряжения в широком диапазоне частот. —Если показания емкости больше 100 мВ, уменьшите резистор или увеличьте частоту, и наоборот, если напряжение меньше 10 мВ.

Измерение индуктивности и емкости с помощью мультиметра и компьютера

Сегодня на рынке представлено множество относительно дешевых цифровых мультиметров, которые измеряют сопротивление в широком диапазоне и емкость конденсаторов до 20 мкФ и более. Однако приборы для измерения индуктивности относительно дороги и не требуются на ежедневной основе.

Электромонтеру по ремонту часто приходится измерять индуктивность катушек реле, обмоток трансформаторов и т.д., чтобы определить, в хорошем ли они состоянии. Самостоятельно собрать прибор или частотомер для измерения индуктивности сложно, так как для этого требуется источник питания и частотомер для настройки генератора. Следует отметить, что в устройствах данного типа (приставках), предлагаемых различными источниками, стабильность частоты и амплитуды генератора невысока. Следовательно, точность также не высока. Мы предлагаем очень простое компьютерное устройство с цифровым вольтметром, которое может измерять индуктивность от 10 мкГн до 1 Гн и емкость от 10 пФ до 1 мкФ с достаточно высокой точностью, которая определяется точностью вольтметра.Как вы знаете, индуктивное сопротивление описывается формулой: Перепишем эту формулу следующим образом:Z

L

= kL, где k = 2πf

является коэффициентом.

Чтобы упростить процесс измерения, рассчитаем f так, чтобы k равнялось ровно 100000: f = k/2π = 100000/6.2831853 = 15915.4943 Гц.Как видно, для k = 10000 требуется частота 1591,5 Гц, а для k = 1000 – 159,15 Гц.

Принцип работы измерителя индуктивности показан на рисунке Рис. 1.

и далее

Рис.2

– измеритель емкости. В обоих случаях компьютер (точнее, звуковая карта) выступает в роли генератора высокостабильных частот и напряжений тестовых сигналов, а мультиметр – в роли вольтметра переменного тока.

Если сопротивление источника сигнала больше сопротивления нагрузки в 10 или более раз, то можно считать, что источник сигнала является источником тока. Для выполнения этого условия комплексное сопротивление измеряемой индуктивности не должно превышать 1/10 от сопротивления резистора R1.

Выходное напряжение генератора должно быть 1 В (среднеквадратичное), а напряжение на измеряемой индуктивности не должно превышать 100 мВ.	Используется милливольтметр U2 на пределе 100 мВ. В качестве источника сигнала используется звуковая карта компьютера (ноутбука). В качестве тестовых сигналов используются Wav-файлы, записанные с помощью аудиоредактора (например, GoldWav) при громкости 0 дБ. Выходное напряжение звуковой карты обычно составляет чуть более 1 В. Необходимое напряжение устанавливается с помощью регулятора громкости. Если он все еще меньше 1 В (что может быть в случае с некоторыми ноутбуками), необходимо применить поправочный коэффициент, что делает измерения несколько неудобными. Предположим, что выходное напряжение звуковой карты составляет 0,91 В. В этом случае поправочный коэффициент равен k = 1/0,91 = 1,1.
	100	Упрощенная версия устройства показана на рисунке	Рис.3
15915	в котором цифровой мультиметр с автодиапазоном в качестве вольтметра изображен в виде циферблатного измерительного прибора.	Пределы измерений данного устройства приведены в таблице	стол
	Для включения и выключения резисторов можно использовать 3-позиционный селекторный переключатель. Диапазон измерений может быть расширен до резисторов 100 кОм и 1 мегаом.	Если показания вольтметра меньше 10 мВ и больше 100 мВ, переключитесь на другой диапазон для повышения точности. Это можно сделать двумя способами: изменением частоты и изменением номинала резистора.	Если напряжение на тестируемой индуктивности больше 100 мВ, увеличьте резистор или уменьшите частоту сигнала, и наоборот для напряжений менее 10 мВ.
1591,5	Если считанное напряжение больше 100 мВ, уменьшите резистор или увеличьте частоту, и наоборот для напряжений менее 10 мВ.	Частота тестового сигнала, Гц	Диапазон измерения индуктивности и емкости с резистором R1
	1к	10к	10…100 мкГн
159,15	0,1…1 мГн	1…10 мГн	1…10 нф
	100…1000 пф	10…100 пФ	0,1…1 мГн

1…10 мГн

10…100 мГн

10…100 нФ 1…10 нф10…1000пФ

Читайте далее:

• Лекции по ТЭ – #27 Явление резонанса в электрических цепях.
• Измерительный инструмент – это инструмент для измерения. Что такое измерительный инструмент?.
• Шаговые двигатели: свойства и практические схемы управления. Часть 2.
• Урок 7 Свободные и вынужденные электромагнитные колебания. колебательный контур – физика – 11 класс – Русская электронная школа.
• 56 Резонанс напряжения и резонанс тока.
• Пример проблемы с шунтирующим сопротивлением.
• Урок 28 Электрическая емкость. Конденсатор – Физика – 10 класс – Российская электронная школа.