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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK R-, C-, L-Meter auf Mikroschaltungen. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Messtechnik Das vorgeschlagene Gerät ermöglicht die Messung des Widerstands von Widerständen, der Kapazität von Kondensatoren und der Induktivität von Spulen in einem ziemlich weiten Bereich mit einer Genauigkeit von nicht weniger als 1.5...2 %. Die Messergebnisse werden mit einer Messuhr mit linearer Skala gemessen.
Wichtigste technische Merkmale:
Die Messung der Parameter R, C basiert auf; L ist eine Methode zur Bildung eines Spannungsabfalls über dem gemessenen Element, proportional zum Wert seines Parameters. Betrachten wir das Funktionsprinzip des Geräts am Beispiel der Widerstandsmessung eines Widerstands. Ein Ausschnitt des Diagramms, das die Funktionsweise des Messgeräts erläutert, ist in Abb. 6 dargestellt. Wenn eine Spannung mit einem festen Wert U und einer Frequenz f an eine Kette bestehend aus einem zusätzlichen Widerstand Rd und gemessenen Rx-Widerständen angelegt wird (und Rx viel kleiner als Rx ist), fällt der Spannungsabfall am Widerstand Rx (der hohe Eingangswiderstand des Millivoltmeters) ab hat praktisch keinen Einfluss auf die Parameter der Schaltung) ist: Ux =Urx/(Rd+Rx) Nachdem das Verhältnis der konstanten Werte U/Rd durch den Koeffizienten K bezeichnet und sichergestellt wurde, dass Rx/Rd durchgehend viel kleiner als 1 ist Für den gesamten Bereich der Widerstandsmessungen wird der Ausdruck auf die Form Ux~KRx (mit einem Fehler, der die Messgenauigkeit nicht überschreitet) vereinfacht, woraus ersichtlich ist, dass die gemessene Spannung proportional zum Wert des gemessenen Widerstands ist Widerstand.
Vor der Messung muss die Skala des Millivoltmeters kalibriert werden, indem ein Spannungswert U eingestellt wird, bei dem der Spannungsabfall am Kalibrierwiderstand Rx (bei eingeschaltetem SA und ausgeschaltetem Rx) dazu führt, dass die Instrumentennadel um den endgültigen Skalenteil ausgelenkt wird. In diesem Fall entspricht die gesamte Skala des Geräts dem Wert des Kalibrierwiderstands Rx. Bei der Induktivitätsmessung gelten die gleichen Prinzipien wie bei der Widerstandsmessung eines Widerstands, nur dass anstelle einer Kalibrierinduktivität ein Widerstand einbezogen wird, der der Reaktanz der Spule für die Frequenz der Versorgungsspannung entspricht. Der Unterschied bei der Messung der Kapazität eines Kondensators besteht darin, dass der Spannungsabfall des durch ihn fließenden Stroms über einen zusätzlichen Widerstand Rd gemessen wird, der in Reihe mit dem Kondensator geschaltet ist. In diesem Fall wird die Instrumentenskala mithilfe von Kalibrierkondensatoren kalibriert. Der Widerstandswert des Zusatzwiderstandes sollte in diesem Fall deutlich kleiner sein als der Blindwiderstand des Kondensators bei der Messfrequenz. Der am Zusatzwiderstand gemessene Spannungsabfall ist proportional zum Kapazitätswert des Kondensators. Das Messgerät besteht aus einer Schalteinheit für Kalibrierwiderstände und Kondensatoren, einem Generator, der Festfrequenzen von 159 Hz und 15,9 kHz erzeugt, und einem Wechselstrom-Millivoltmeter. Die Schalteinheit umfasst einen Messgrenzenschalter SA1, einen Arbeitstypschalter SA2 und einen Kalibrierungsschalter (oder Knopf) SA3. Im Diagramm unten sind die Schalterstellungen für Messwiderstände an der 1 MΩ-Grenze dargestellt. Im Gerätekreis dienen die Widerstände R7 - R13 als Kalibrierungswiderstände zur Messung des Widerstands von Widerständen gegenüber der Induktivität von Spulen und R14 - R20 als zusätzliche Widerstände. Bei der Messung der Kapazitäten von Kondensatoren dienen die Widerstände R1–R6 als zusätzliche Widerstände und die Kondensatoren C1–C6 zur Kalibrierung. Der Generator (Knoten A) besteht aus Mikroschaltungen: DA1 ist ein Hauptoszillator gemäß einer Schaltung mit einer Wien-Brücke in einer positiven figurativen Kopplungsschaltung, DA2 ist ein nichtinvertierender Verstärker mit einem Übersetzungsverhältnis von 2, DA3 ist ein Integrator. Die Änderung der Generatorfrequenz wird durch Umschalten der Kondensatoren C7 – C10 erreicht. In den sieben oberen Stellungen des Schalters SA1 im Diagramm erzeugt der Generator Schwingungen mit einer Frequenz von 159 Hz und in den beiden unteren – 15,9 kHz. Um ein ausreichend starkes Messsignal zu erhalten, wird am Ausgang des nichtinvertierenden Verstärkers ein Stromverstärker am Transistor VT2 verwendet. Der Widerstand R30 (mit Schalter SA3 in geschlossener Position) dient zur Kalibrierung des Geräts vor der Messung. Der Generator ist stabil im Betrieb und hat einen harmonischen Koeffizienten von nicht weniger als 0,05 %. Das AC-Millivoltmeter (Knoten B) besteht aus einem VT3-Transistor und einer DA4-Mikroschaltung. Eine Feldeffekttransistorkaskade, die nach einer Source-Folger-Schaltung aufgebaut ist, erhöht den Eingangswiderstand des Geräts auf 100 MOhm. Der Zeigerzähler PA1 ist am Verstärkerausgang über Dioden VD3, VD4 und Widerstände R44, R45 mit der Diagonale der Gleichrichterbrücke verbunden. Die Skala des Millivoltmeters ist linear, der Messfehler wird praktisch durch die Klasse des verwendeten Zeigermessgeräts bestimmt. Das Design des Geräts verwendet einen Zeigerzähler vom Typ M906 mit einem Gesamtabweichungsstrom von 50 μA. Die Schalter SA1 und SA2 sind Keksschalter vom Typ PGG – 9P6N bzw. 3P1N. Schalter SA3 Typ TV1-1. Als Kalibrierwiderstände wurden die Widerstände C2-10, C-13 und C2-14 verwendet, die übrigen Widerstände waren vom Typ MLT oder OMLT. Kondensatoren KT-1, KSO, MBM, K73-17, K50-6, K50-20, andere Typen können ebenfalls verwendet werden. Die Messgenauigkeit des Geräts hängt maßgeblich von der Auswahl der Kalibrierkondensatoren, Zusatz- und Kalibrierwiderstände ab, daher müssen diese mit einer Genauigkeit von nicht schlechter als ±0,5 % ausgewählt werden. Werden diese Elemente mit einer Genauigkeit von ±0,1...0,25 % eingesetzt, so reduziert sich der Messfehler praktisch auf die Genauigkeit des verwendeten Mikroamperemeter-Messkopfes. Die Operationsverstärker K574UD1 und K140UD8 können mit beliebigen Buchstabenindizes verwendet werden und ihr gegenseitiger Austausch ist ohne Änderung des Leiterplattendesigns möglich. Darüber hinaus können Sie anstelle der Mikroschaltung K574UD1 die Mikroschaltung K544UD2 und anstelle der Mikroschaltung K553UD2 die Mikroschaltung K153UD2 verwenden. In jedem dieser Fälle müssen Sie jedoch das Muster der stromführenden Pfade der Platine ändern.
Zusätzlich zu den im Diagramm angegebenen Diodentypen können Sie die Dioden D311A, D18, D9 verwenden. Der Transistor KP103M kann durch jeden Transistor aus der KP103-Gruppe und KP303V durch KP303G oder KP303E ersetzt werden. Als Transistor VT2 kann jeder Transistor der Gruppen KT815 oder KT817 verwendet werden. Alle Kalibrier- und Zusatzelemente sind direkt an die SA1-Schalterklemmen angelötet, die Generator- und Millivoltmeter-Elemente sind auf zwei Leiterplatten aus Folienglasfaser mit einseitiger Metallisierung untergebracht. Auf der Generatorplatine sollte der Transistor VT2 auf einem Kühlkörper mit einer Wärmeableitungsfläche von 50 cm2 platziert werden. Die Millivoltmeter-Platine wird direkt an den Ausgangsklemmen des Zeigermesskopfes befestigt. Das Einrichten des Messgeräts sollte mit der Einstellung des Generators beginnen. Bei korrekter Installation und wartungsfähigen Elementen wird der Generator durch Drehen des Trimmerwiderstands R26 auf einen stabilen Betriebsmodus eingestellt. Es ist praktisch, die Abstimmung des Generators auf dem Bildschirm des Oszilloskops zu beobachten und die Frequenz mit einem elektronischen Frequenzmesser zu bestimmen. Um den Generator auf eine Frequenz von 159 Hz einzustellen, wird der Schalter SA1 in eine der oberen sieben Positionen im Diagramm gestellt und der Frequenzwert mithilfe der Trimmwiderstände R21 und R22 angepasst. Wenn die Kondensatorpaare C7, C10 und C8, C9 mit einer Genauigkeit von nicht schlechter als ±1 % ausgewählt werden, ist eine Abstimmung auf eine Frequenz von 15,9 kHz nicht erforderlich, sie erfolgt automatisch. Es ist zu beachten, dass eine genaue Einstellung der Frequenzen nicht erforderlich ist; wichtig ist lediglich, dass sie sich um das Hundertfache voneinander unterscheiden. Der Einfluss ungenauer Frequenzeinstellungen lässt sich bei der Kalibrierung des Gerätes leicht kompensieren. Beim Einrichten eines Millivoltmeters kommt es darauf an, die Nadel des Mikroamperemeters mit einem eingestellten Widerstand R43 auf die letzte Teilung der Skala einzustellen, wenn eine Spannung von 0,05 V mit einer Frequenz von 159 Hz an den Eingang des Millivoltmeters angelegt wird. Überprüfen Sie anschließend die Einhaltung der Nadelauslenkung des Geräts, wenn am Eingang eine Spannung von 0,05 V mit einer Frequenz von 15,9 kHz angelegt wird. Wenn die Schaltungselemente in Ordnung sind, wird dies automatisch sichergestellt, es sind keine Anpassungen erforderlich. Um das Ablesen zu erleichtern, sollte die Mikroamperemeter-Skala 100 Teilungen haben oder ein vorgefertigtes 100-µA-Mikroamperemeter eines ähnlichen Mikroamperemeters verwenden und es anstelle der 50-µA-Skala installieren.
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