Перевірка та робота з куметрами
Вимірники добротності (куметри).
Виконав: студент 2 курсу, групи 11рс-1 Шубін М.
Перевірив: викладач Метрології та стандартизації Снєжин А.А.
Поняття куметра.
Прилади, призначені для вимірювання добротності елементів високочастотних ланцюгів, часто називаютькуметрами. Дія куметрів заснована на використанні резонансних явищ, що дозволяє вимір добротності поєднувати з виміром індуктивності, ємності, власної резонансної частоти та інших параметрів випробуваних елементів.
Куметр, спрощена схема якого наведена на малюнку містить три основні компоненти: генератор високої частоти, вимірювальний контур та індикатор резонансу. Генератор працює в широкому діапазоні частот, що плавно перекривається, наприклад від 50 кГц до 50 МГц; це дозволяє багато вимірювань проводити на робочій частоті випробуваних елементів.
Принцип вимірювання.
Досліджувана котушка індуктивності Lx, Rx через затискачі 1 і 2 включається вимірювальний контур послідовно з опорним конденсатором змінної ємності З і конденсатором зв'язку С2; ємність останнього має задовольняти умові: С2 >> С.м, де С.м - максимальна ємність конденсатора С. Через ємнісний дільник C1, С2 з великим коефіцієнтом поділу
N = (C2 + C1)/C1
в контур вводиться від генератора опорна напруга U необхідної високої частоти f. Виникає в контурі струм створює падіння напруги UС на конденсаторі, яке вимірюється високочастотним вольтметром V2 Вхідний опір вольтметра V2 в межах робочих частот куметра має бути дуже велике. При досить високій чутливості вольтметр підключають до вимірювального контуру через ємніснийдільник напруги, вхідну ємність якого враховують як компонент початкової ємності конденсатора. Оскільки всі конденсатори, що входять до складу вимірювального контуру, мають дуже малі втрати, можна вважати, що активний опір контуру в основному визначається опором втрат Rx досліджуваної котушки.
Зміною ємності конденсатора З вимірювальний контур налаштовують резонанс з частотою генератора f за максимальними показаннями вольтметра V2. При цьому в контурі протікатиме струм Iр ≈ Uо/Rx, що створює на конденсаторі падіння напругиUC = Ip/(2*π*f*Cо) ≈ Uо/(2*π*f*CоRx)
З огляду на, що з резонансі 1/(2*π*f*С) = 2*πf*f*Lx, знаходимоUC ≈ Uo(2*π*f*Lx)/Rx = UоQL де QL = (2*π*f*Lx)/Rx є добротність котушки Lx за частоти f. Отже, показання вольтметра V2 пропорційні добротності QL. При фіксованому напрузі Uо шкалу вольтметра можна лінійно градуювати значення QL ≈ UC/Uо. Наприклад, при Uо = 0,04 і межі вимірювань вольтметра Uп = 10 В напруг на вході вольтметра 2, 4, 6, 8 і 10 будуть відповідати добротності QL, рівні 50, 100, 150, 200 і 250.
Номінальну напругу U встановлюють регулюванням режиму вихідного каскаду генератора. Контроль цієї напруги здійснюють за показаннями високочастотного вольтметра V1, що вимірює напругу U1 = UоN на виході генератора. Наприклад, якщо шкала добротностей вольтметра V2 виконана при напрузі Uо = 0,04 В, а коефіцієнт розподілу N = 20, то на виході генератора має підтримуватися напруга Ux = 0,04 * 20 = 0,8 В. Межа вимірів вольтметра V1 має декілька перевищувати розрахункове значення напруги U1 і дорівнює, наприклад, 1 Ст.
Підвищення верхньої межі вимірювання добротностей досягається зменшенням напруги Uодо значення, у кілька разів меншого від номінального. Припустимо, що з напрузі Uо = 0,04 У забезпечується безпосередній відлік добротностей до значення QL = 250. Якщо зменшити напруга Uо вдвічі, до 0,02 У, то стрілка вольтметра V2 відхилятися протягом усього шкалу при добротності QL = Uп /Uо = 10/0,02 = 500. Відповідно для підвищення верхньої межі вимірювань у чотири рази, до значення QL = 1000, вимірювання слід проводити при напрузі Uо = 40/4 = 10 мВ.
Зменшити напругу Uо до необхідного значення можна двома способами: зміною коефіцієнта розподілу N за допомогою перемикання конденсаторів С1 різних номіналів або регулювання вихідної напруги U1 генератора. Для зручності виміру великих добротностей вольтметр V1 (або перемикач коефіцієнтів поділу) постачають шкалою (маркуванням), відлік за якою, що характеризує ступінь зменшення напруги Uо порівняно з його номінальним значенням, є множником до шкали добротностей вольтметра V2.
Перевірка та робота з куметрами.
У куметрах промислового виробництва похибка виміру добротності становить 5-10%. Вона збільшується при випробуванні котушок з високою добротністю та великою власною ємністю. Похибка зростає і підвищенням частоти внаслідок зменшення вхідного опору вольтметрів і посилення впливу паразитних наведень на вимірювальний контур. Для зменшення цих наведень генератор ретельно екранують, весь прилад також перешкодять в екран; випробувані елементи приєднують до приладу жорсткими провідниками, які екрани надійно з'єднують з металевим кожухом приладу. Неекрановані котушки при випробуванні наскільки можна видаляють від кожуха приладу.
Для перевірки роботи куметра та розширення його можливостей використовуютьопорні котушки Lо з відомими індуктивністю та добротністю. Зазвичай є комплект з декількох змінних котушок Lо, які разом з конденсатором змінної ємності забезпечують резонансну налаштування вимірювального контуру в межах всього діапазону робочих частот генератора.
При вимірі добротності котушок індуктивності QL за 10-15 хв до початку роботи включають живлення приладу та налаштовують генератор на необхідну частоту. Після прогріву роблять установку нуля вольтметрів V1 і V2. Випробовувану котушку підключають до затискачів 1 і 2. Поступовим підвищенням вихідної напруги генератора домагаються відхилення стрілки V1 вольтметра до позначки номіналу. Конденсатор С налаштовують контур на резонанс з частотою генератора. Якщо стрілка вольтметра V2 заходить за шкалу, вихідну напругу генератора зменшують. Значення добротності QL визначають як добуток відліків за шкалою добротностей вольтметра V2 та за шкалою множників вольтметра V1.
Добротність коливального контуру QK вимірюють в тому ж порядку при підключенні котушки контуру до затискачів 1 і 2, а його конденсатора - до затискачів 3 і 4. При цьому конденсатор З встановлюють положення мінімальної ємності. Якщо конденсатор досліджуваного контуру має змінну ємність, їм виробляють налаштування контуру в резонанс на необхідну частоту генератора f; якщо цей конденсатор постійний, то резонансне налаштування здійснюють зміною частоти генератора.
Фото куметрів: