Verbesserung des Kapazitäts- und Induktivitätsmessgeräts. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Messtechnik

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Einfache Kapazitäts- und Induktivitätsmessgeräte, wie sie in [1, 2] beschrieben werden, weisen eine geringe Messgenauigkeit auf. Um die Ursachen zu verstehen, betrachten Sie das Messprinzip, das Abb. erklärt. 1.

Bei der Messung der Kapazität (Abb. 1, a) erhält der Kondensator Cx von der Spannungsquelle U eine Ladung q = U·CX und nach dem Umschalten mittels des Schalters S fließt der Entladestrom durch das Messgerät. Die Messung der Induktivität (Abb. 1b) basiert ebenfalls auf der Registrierung des durch den Messkreis fließenden Entladestroms. Wenn wir das Schalten als augenblicklich annehmen, wird die Ladung hier durch das Verhältnis des magnetischen Flusses in der Induktivität gleich I Lx zum Gesamtwiderstand des Gleichstromkreises R und + RL bestimmt, d. h. q \u1d XNUMX-Lx / (R und + RL) In der Praxis wird mit elektronischen Schaltern periodisch mit einer Frequenz f geschaltet und das Messgerät registriert den Gleichanteil des Stroms Ii = q -f.

Der erste Grund für Messfehler bei den beschriebenen Geräten hängt mit der unzureichenden Empfindlichkeit des Mikroamperemeters zusammen, das den Strom Ii misst. Aus diesem Grund muss die Schaltfrequenz f hoch gewählt werden und der Kondensator Cx behält nach dem Trennen vom Messkreis noch einen erheblichen Teil der Anfangsladung q bei, was den tatsächlich gemessenen Strom Ii etwas reduziert. Diese Abnahme hängt von der Kapazität des Kondensators ab: Je kleiner sie ist, desto vollständiger ist die Entladung des Kondensators. Daher muss die Skala des Messgeräts nichtlinear sein, und die Verwendung der eigenen linearen Skala des Mikroamperemeters kann zu einem Fehler von mehreren Prozent führen.

Bei Induktivitätsmessungen tritt neben dem Fehler aufgrund der hohen Schaltfrequenz und der damit verbundenen Nichtlinearität ein zusätzlicher Fehler für Spulen mit auffälligem Wicklungswiderstand RL auf. Wenn das Gerät beispielsweise gegen eine Referenzinduktivität mit seinem eigenen Widerstand RL kalibriert wird, der viel kleiner als Ri ist, und dann die Spuleninduktivität mit einem Widerstand RL gemessen wird, der R entspricht, werden die Messwerte um (R und +) unterschätzt RL) / R und Zeiten. Bei der Kalibrierung gegen Referenzdrosseln muss manchmal der aktive Widerstand berücksichtigt werden, da beispielsweise eine DM-0,1-Drossel mit einer Induktivität von 500 μH RL = 10 Ohm hat.

Um die genannten Fehlerquellen zu beseitigen, wurde der Messteil des Gerätes aus [2] geändert (Abb. 2). Durch den Einsatz des Operationsverstärkers DA1 wird die Empfindlichkeit des Messgeräts in Bezug auf den Strom um das Zehnfache erhöht und die Schaltfrequenz an den entsprechenden Grenzen um den gleichen Betrag reduziert. Dadurch betrug die Nichtlinearität der Skala weniger als 10 %.

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Die Obergrenzen für die Messung von Kapazität und Induktivität bei einer Schaltfrequenz von 1 MHz mit einem M24-Mikroamperemeter bei 100 μA liegen bei 10 pF bzw. 1 μH. Die Reduzierung der Montagekapazität wird durch die Einführung einer zusätzlichen dritten Klemme für gemessene Spulen und Kondensatoren und den Wegfall des L-C-Schalters erreicht. Darüber hinaus sind die Schaltdioden VD1-VD3 mit einer der Leitungen direkt an die Klemmen angelötet. Dadurch beträgt bei freien Klemmen die Montagekapazität, erkennbar an der Abweichung des Pfeils vom Nullpunkt, weniger als 1 pF.

Die Schaltfrequenz ist innerhalb von 10 uF und 1 H sehr niedrig und beträgt 1 Hz. In diesem Fall reicht die Trägheit des Mikroamperemeters nicht aus, um die Schwankungen des Pfeils auszugleichen, und daher wird die Kapazität des Kondensators C2 mit 4700 μF gewählt. Bei der Messung bei dieser Frequenz erhöht sich die Einschwingzeit des Zeigers auf mehrere zehn Sekunden. An anderen Grenzen mit höherer Schaltfrequenz reicht eine Kapazität von etwa 470 μF aus, dann beträgt die Messzeit Sekunden. Beim Umschalten der Messgrenzen empfiehlt es sich, eine Kontaktgruppe hinzuzufügen, die nur an dieser letzten Grenze die volle Kapazität C2 umfasst.

u= R1 + R2. Bei einem erheblichen Widerstand der Wicklung sollte der Wert des eingeführten (rechten) Teils von R1 reduziert werden, damit der Gesamtwert R und = RL + R1 + R2 unverändert bleibt. Wenn ein Präzisionswiderstand verfügbar ist, kann dieser mit einer Skala ausgestattet sein. Das Design verwendet einen herkömmlichen Widerstand SP2-3b und daher werden die Buchsen XS4, XS5 hinzugefügt, um den Ausgangsteil von R1 mit einem Ohmmeter zu messen, das zur Messung des Widerstands der Wicklung verwendet wird.

Zum Schalten der zu prüfenden Elemente wird ein komplementärer Emitterfolger an den Transistoren VT1, VT2 zur Stromquelle verwendet, an dessen Basen Spannungsimpulse in Form eines Mäanders über die parallel geschalteten Elemente R5, C5 angelegt werden. Die erforderliche Schaltfrequenz wird durch einen Quarzresonator-Oszillator und eine Folge von Dezimalteilerzählern eingestellt, die auf Mikroschaltungen der Serien K176 oder K561 basieren. Dieser Teil des Schemas unterschied sich in keiner Weise von dem in [2] und wird daher hier weggelassen.

Damit Schwankungen der Versorgungsspannung keinen zusätzlichen Fehler in die Messungen einbringen, wird diesem Teil der Schaltung und dem Schalter vom Stabilisator eine Spannung von +9 V zugeführt. Die Stromversorgung des Operationsverstärkers DA1 ist aus einer Stromquelle mit unstabilisierten Spannungen von ±12 V zulässig; Um Störungen durch den Impulsformer zu beseitigen, werden dem Stromkreis Kondensatoren C3, C4 hinzugefügt, die in der Nähe dieser Mikroschaltung platziert sind.

Beim Einrichten des Messgeräts geht es darum, das Messgerät mit dem Widerstand R4 auf einen der größten Grenzwerte („1 μF“ oder „0,1 μF“) auf Null zu setzen, den Referenzkondensator mit der Einstellung durch den Widerstand R3 zu kalibrieren und dann die Referenzinduktivität mit der Einstellung durch R2 (bei diesem Motor stellt der Widerstand R1 seinen Widerstand zwischen XS4 und XS5 ein, gleich dem Widerstand der Spulenwicklung). Die Trimmerwiderstände R2, R3 sind vorzugsweise Multiturn-Widerstände (SP5-2, SP5-22 usw.).

Literatur

1. Stepanov A. Einfaches LC-Meter. - Radio, 1982, Nr. 3, p. 47, 48.
2. Terentiev E. Kapazitäts- und Induktivitätsmesser. - Radio, 1995, Nr. 4, p. 37.

Autor: W. Iwanow, Rostow am Don

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