Мосты для измерения емкости конденсаторов.
При измерении емкости конденсатора необходимо иметь в виду, что любой конденсатор не является идеальным, его сопротивление переменному току является комплексным. В связи с этим, а также в соответствии с общей процедурой подготовки и проведения измерений необходимо вначале сформировать математическую модель объекта измерений, в данном случае - конденсатора, как комплексного сопротивления переменному току.
Такая математическая модель называется схемой замещения. В зависимости от размера потерь активной мощности на практике используется одна из двух схем замещения:
а) для конденсаторов с малыми потерями,
б) для конденсаторов с большими потерями.
Сопротивление в этих схемах называется сопротивлением потерь. В разных схемах замещения реального конденсатора сопротивление потерь и значение емкости будут различаться. В качестве показателя активных потерь конденсатора, не зависящего от схемы замещения, используется тангенс угла . Этот угол есть отличие от 90º угла сдвига фазы между векторами тока и напряжения, вносимого реальным конденсатором.
Рассмотрим схему моста, предназначенного для измерения параметров схемы замещения конденсатора с малыми потерями:
Выведем условия равновесия:
,
откуда следует, что
,
,
А при достижении равновесия результаты измерений вычисляются по формулам
, 
.
Мост можно уравновешивать по обеим
составляющим с помощью активных
сопротивлений. В качестве одного из
регулируемых сопротивлений следует
выбрать
,
а в качестве другого -
или
.
28
Мосты для измерения индуктивности катушек.
Математической моделью катушки, как комплексного сопротивления переменному электрическому току, является следующая схема замещения:
Сопротивлением потерь здесь является активное сопротивление провода, которым намотана катушка.
Рассмотрим схему моста, предназначенного для измерения параметров схемы замещения катушки индуктивности:
Выведем условия равновесия:
.
,
откуда следует, что
,
.
А при достижении равновесия результаты измерений вычисляются по формулам
, 
.
Мост можно уравновешивать по обеим составляющим с помощью активных сопротивлений. В качестве одного из регулируемых сопротивлений следует выбрать , а в качестве другого - .
29
Цифроаналоговые преобразователи (цап), назначение, принцип действия, вид характеристики преобразования, нормируемые метрологические характеристики.
Современные ЦАП с управлением от ЭВМ (процессора) предназначены для преобразования в аналоговую величину (напряжение, силу тока, сопротивление, емкость и т.д.) двоичных чисел. Рассмотрим упрощенную схему такого преобразователя:
Напряжение на выходе этого ЦАП равно:
.
где
- коэффициенты, принимающие значения 0
и 1.
Конструктивно ЦАП
может быть оформлен в виде одной
микросхемы, которая в минимальном
составе может содержать только цепочку
сопротивлений, ключи и усилитель. Однако
такой состав не дает возможности
нормировать метрологические характеристики,
а потому подобные микросхемы не могут
выполнять функции средства измерений.
ЦАП, который может считаться средством
измерений, должен содержать в своем
составе как минимум, следующие обязательные
компоненты: источник стабильного
рабочего тока
и стабилизатор напряжения питания.
Помимо этого в каждом ЦАП, предназначенном
для совместной работы с компьютером
(процессором) должно быть предусмотрено
устройство интерфейсного сопряжения
с компьютером и устройство гальванической
развязки по цифровому входу/выходу:
Дешифратор и индикатор служат для индикации входных кодов.
Применение ЦАП:
- при построении аналого-цифровых преобразователей,
- при построении калибраторов постоянного и переменного тока и напряжения, сопротивления, силы тока, емкости, индуктивности и др.,
- при построении систем регулирования и моделирования,
- в технике воспроизведения цифровой записи звука и видеоизображения.
Источниками погрешности ЦАП являются: неточность изготовления сопротивлений, нестабильность рабочего тока и нестабильность питания. Кроме того при переключениях ключей возникают переходные процессы. Поэтому требуется задержка на время затухания этих процессов между моментом подачи входного кода и моментом считывания значения выходного сигнала.
Для ЦАП нормируются следующие метрологические характеристики:
- вид входного кода, диапазон его возможных значений, номинальная цена единицы младшего разряда входного кода,
- диапазон изменения величины на выходе ЦАП, соответствующий диапазону значений входного кода,
- выходное сопротивление или выходной импеданс, указывается номинальное значение и допускаемые пределы отклонения от него,
- пределы допускаемой основной относительной погрешности, нормируются двучленной формулой,
- пределы допускаемых дополнительных погрешностей - для каждой влияющей величины нормируются раздельно,
- время реакции выходного сигнала на изменение входного кода на величину, равную 80% от диапазона значений этого кода.
30