Мосты постоянного и пер. тока

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАМЫШИНСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ)
ВОЛГОГРАДСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
КАФЕДРА «ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ»
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ МОСТЫ
ПОСТОЯННОГО И ПЕРЕМЕННОГО
ТОКА
Методические указания к проведению практических занятий
по дисциплине «Информационно-измерительная техника и электроника»
РПК «ПОЛИТЕХНИК»
Волгоград
2006
УДК 321.317.31 (07)
И 37
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ МОСТЫ ПОСТОЯННОГО И ПЕРЕМЕННОГО
ТОКА: Методические указания к проведению практических занятий по
дисциплине «Информационно-измерительная техника и электроника» /
Сост.: А. Г. Сошинов, С. В. Хавроничев; Волгоград. гос. техн. ун-т. –
Волгоград, 2006. – 23 с.
Подготовлены в соответствии с курсом «Информационно-измерительная
техника и электроника» для студентов направления 140200.62 «Электроэнергетика» всех форм обучения.
Подробно рассматриваются устройство, принцип действия, конструктивные особенности, подготовка к работе и порядок работы самых распространенных измерительных мостов постоянного и переменного тока.
Предназначены в помощь студентам и преподавателям при проведении практических занятий и организуемой самостоятельной работы.
Илл. 6. Табл. 4. Библиогр.: 3 назв.
Рецензент: А. А. Шеин
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Волгоградского государственного технического университета
Составители: Анатолий Григорьевич Сошинов, Сергей Викторович Хавроничев
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ МОСТЫ ПОСТОЯННОГО И ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Методические указания к проведению практических занятий
по дисциплине «Информационно-измерительная техника и электроника»
Под редакцией авторов. Темплан 2006 г., поз № 21. Подписано в печать 22. 03. 06.
Формат 60×84 1/16. Бумага листовая. Гарнитура ”Times“.
Уч.-изд. л. 1,44. Усл. авт. л. 1,31. Тираж 100 экз. Заказ № 19.
Волгоградский государственный технический университет
400131 Волгоград, просп. им. В.И. Ленина, 28.
РПК «Политехник»
Волгоградского государственного технического университета
400131 Волгоград, ул. Советская, 35.
© Волгоградский
государственный
технический
университет, 2006
1. Задание на занятие
1. Изучить общие положения мостового метода измерения.
2. Изучить устройство мостов (Р 333, Р 4053, Р 4833) и порядок измерений ими сопротивлений в пределах от 10 до 99,99 Ом; от 10 2 до
105 Ом; от 105 до 1012 Ом.
3. Измерить образцовые сопротивления: 0,01 Ом; 10 Ом; 1000 Ом;
10000 Ом и оценить погрешность измерения.
4. Измерить разными мостами R (неизвестное), заданное преподавателем; оценить погрешность измерений.
5. Изучить устройство универсальных мостов (Е7-4, Р-5030) и порядок измерений ими активных сопротивлений, индуктивностей и емкостей.
6. Измерить образцовые индуктивности 0,1 Гн; 0,01 Гн и оценить погрешность измерений.
7. Измерить емкости 10 мкФ, 4 мкФ и оценить погрешность измерений.
8. Измерить неизвестные L и С (заданные преподавателем) разными
мостами и оценить погрешность измерений.
9. В отчетном материале привести данные измерений и расчетов погрешностей.
2. Общие положения
Мостовой метод измерений. Среди всех методов, применяемых в измерительной технике, наиболее распространен мостовой метод измерения.
Классическая мостовая схема состоит из четырех элементов, соединенных в виде прямоугольника (рис. I а, б). Цепь а-в, к которой подключается источник питания, называется диагональю питания, а цепь c-dизмерительной диагональю. Элементы R1, R2, R3, R4, составляющие схему моста называются плечами моста, а точки соединения двух соседних
элементов - его вершинами (точки a-d). Процесс измерения с помощью
мостовых схем основан на соблюдении определенного соотношения
между сопротивлениями плеч, называемого условием равновесия (баланса), которое имеет вид:
R1 R4 = R2·R3.
При соблюдении данного условия потенциалы вершин с и d одинаковы, а ток через индикатор И равен нулю. Если при этом сопротивления
трех плеч известны, то по приведенному уравнению можно определить и
неизвестное сопротивление четвертого плеча.
При практическом использовании мостовых схем необходимо знать
такие характеристики моста, как входное Rвх и выходное R вых сопротивления, а также чувствительность мостовой схемы по току или напряжению. Знать величины Rвх и Rвых требуется для обеспечения наилучшего
3
согласования входа моста с выходным сопротивлением источника питания с одной стороны и согласование выхода моста с применяемым индикаторным прибором с другой.
Рассмотренный тип моста пригоден для измерения активных сопротивлений. Для измерения L, С применяют мосты переменного тока. Общая
схема такого моста (рис. 2) состоит из четырех комплексных сопротивлений Z1, Z2 , Z3 , Z4. Условия равновесия моста записывают соотношением
Z1  Z2  Z3  Z4 .
В измерительной технике применяют главным образом мостовые схемы с двумя комплексными и двумя активными плечами. Расположение
комплексных плеч в схеме моста может выполняться по двум вариантам:
Rвх
с
с
R2
R1
а
b
Rr
R3
R2
Rс
Rr
и
d
Ra
R4
R3
Rd
R0
U0
а
а)
б)
Рис. 1. Схема четырехплечного моста:
а) - классическая;
б)- с температурным компенсатором
б I2
Z1
a
Z2
I0
I1
Z3
в
Z0
I3
I4
Z4
гRU
Рис.2. Схема одинарного моста переменного тока
4
U0
Z 1= R1+jX1; Z 2 = R2+jX2; Z 3 = Х3; Z 4 =R4 или
Z 1= R1+jX1; Z 2 = R2; Z 3 = R3+jX3; Z 4 =R4.
В этих случаях уравнение равновесия по фазе будет иметь следующий вид:
для первого случая φ1 = φ2,
для второго случая φ1 = -φ3.
Это означает, что мостовую схему можно уравновесить, если в первом случае Z 1 и Z 2 - однородные реактивности, например, оба плеча емкостные или оба индуктивные. Во втором случае для равновесия моста в
качестве Z 1 и Z 3 требуется включать реактивности разного знака. Эти
свойства мостов переменного тока и положены в основу приборов для
измерения емкостей и индуктивностей.
Измерение емкостей.
Конденсаторы различаются не только по значениям их емкости, но
и по активным потерям, характеризуемым значением tg δ. В зависимости
от значения tg δ конденсаторы можно разделить на 3 группы:
 без потерь (tgδ ≈ 0);
 с малыми потерями (tgδ ≈ δ ≤ 0,0l);
 с большими потерями (tg δ ≠ 0,1).
Эквивалентную схему замещения конденсатора при частоте ω можно
представить по-разному. Полное сопротивление конденсатора и его tg δ в
последовательной схеме (рис. 3 а, б) выражаются соотношениями:
Z =R-j1⁄ωC; tgδ = ωRC.
Для параллельной схемы (рис.3,в):
tgδ = 1⁄ωRC.
Схемы моста (плечи сравнения) конструируются в соотношении с
принятыми эквивалентными схемами. С помощью мостов, рассмотренных ранее, можно измерять емкости в пределах от единиц пикофарады до
десятков микрофарад с точностью порядка 1-3 % и выше.
a)
C
б)
C
в)
C
R
Рис. 3. Схема замещения конденсаторов:
а - без потерь;
б - последовательная;
в – параллельная.
5
Измерение индуктивностей.
Измерение индуктивности Lх мостовым методом можно выполнить
как сравнением с образцовой индуктивностью, так и сравнением с образцовой емкостью. Образцовые переменные индуктивности высокой точности изготовить очень трудно. Поэтому на практике в основном распространены мостовые измерители индуктивности с использованием образцовых емкостей.
С помощью мостовых методов измеряют индуктивности в пределах от
долей микрогенри до десятков генри с погрешностью порядка 1-3% и меньше.
Индикаторы мостовых схем.
Напряжение на зажимах с - d измерительной диагонали моста при
балансировке обычно бывает порядка нескольких милливольт. Поэтому в
мостовых схемах в качестве индикаторов применяются приборы с высокой чувствительностью. В мостах постоянного тока в качестве таких
приборов используют гальванометры магнитоэлектрической системы или
усилители постоянного тока с миллиамперметром в качестве выходного
указателя. Удобными, а потому и часто применяемыми, являются ламповые милливольтметры или микроамперметры магнитоэлектрической системы в сочетании с полупроводниковыми диодами.
Все рассмотренные индикаторы не позволяют проводить уравновешивание моста раздельно по модулю и фазе. Этот недостаток можно
устранить, если в качестве индикатора равновесия моста применять электронный осциллограф.
Погрешности мостовых измерителей.
Не останавливаясь на погрешностях мостовых схем случайного характера, следует указать на систематические погрешности: погрешности образцовых мер; паразитные ЭДС в схеме (термоэлектрические и контактные - в
мостах постоянного тока и наведенные - в мостах переменного тока).
Наиболее распространенными приемами, исключая систематические
погрешности мостовых измерителей являются: компенсация погрешностей по знаку, метод замещения, экранирование элементов и отдельных
узлов моста.
3. Мост постоянного тока
3.1. Мост постоянного тока РЗЗЗ
Мост постоянного тока РЗЗЗ предназначен:
 для измерения электрического сопротивления по схеме одинарного моста;
 для определения места повреждения кабеля посредством петли
Муррея или Варлея;
6
 для использования как магазина сопротивлений.
Классы точности моста представлены в табл.1.
Таблица 1
Классы точности моста Р333
0,5
1,0
5,0
Диапазон измерений
1-99990
1·10-1-0,9999
5·10-3-0,0999
105-999900
Устройство и работа прибора.
Прибор смонтирован на горизонтальной пластмассовой панели, помещенной в пластмассовый корпус со съемной крышкой. Мост имеет
внутреннюю батарею питания, состоящую из пяти элементов, расположенных в кассете на лицевой панели моста
На передней панели расположены:
∙ кнопки включения мостовой схемы MB: петли Муррея (ПМ) и
петли Варлея (ПВ), кнопка MB служит также для возвращения кнопок
ПМ и ПВ в исходное состояние;
∙ четыре ручки переключателей сравнительного плеча и одна ручка
плеча отношений;
∙ кнопка ЭНИ включения электронного ноль-индикатора;
∙ кнопка "ПИТ" для включения напряжения питания моста. Лимбы
рычажных переключателей сравнительного плеча имеют цифры, а под
лимбом находится стрелка с множителем данной декады. Произведение
цифры на множитель дает величину включенного на данной декаде сопротивления;
∙ зажим Г для присоединения внешнего нулевого индикатора;
∙ зажимы ± Б для присоединения внешнего источника питания;
∙ зажимы М и К для проверки сопротивлений схемы моста;
∙ зажим для измерений по схемам петли Варлея, Муррея и асимметрии.
На лимбе переключателя плеч отношений находится точка, а на панели нанесены цифры, обозначающие множитель, соответствующий величине отношения плеч: n= R1/R2 и множитель m.
Измерительная часть схемы моста представляет собой 4-плечный мост
в сравнительном члене которого включен 4-декадный плавно регулирующий механизм сопротивлений с верхним пределом измерения 9999 Ом.
Каждая декада сравнительного плеча построена по сокращенной пятикатушечной схеме. Эта схема позволяет получать в каждой декаде девять номинальных значений сопротивления.
Декада плеч отношений содержит восемь катушек сопротивлений.
При помощи переключателя плеч сопротивлений производится включе7
ние различных комбинаций этих сопротивлений: 1000:10; 1000:100;
1000:1000; 100:1000; 10:1000; 1:10000 соответствуют значения множителя n = 100; 10; I; 0,1; 0,01; 0,001; 0,0001, написанные вокруг ручки декады
плеч отношений.
При измерении низкоомных сопротивлений по четырехзажимной
схеме включения применено раздельное подключение элементов моста к
измеряемому сопротивлению (рис. 4).
R
R2
ЭНИ
2
3
R1
1
RХ
4
Рис. 4. Схема измерения низкоомных сопротивлений
При таком включении сопротивления двух соединителей проводников входят в сопротивления плеч моста, а сопротивления двух других соединительных проводников входят в цепь гальванометра и источника питания, чем практически исключается влияние этих проводников на погрешность измерения.
При измерении высокоомных сопротивлений по двухзажимной схеме включения работа моста осуществляется по схеме (рис. 5).
Измерение сопротивлений от 10 до 999,9·10 3 0м
Измерение производится по двухзажимной схеме включения, для чего:
1. замкнуть зажимы 1 и 2 с помощью перемычки; при этом кнопка
автоматически замыкает зажимы 3 и 4;
2. переключатель схемы поставить в положение MB;
3. подключить измеряемое сопротивление к зажимам 2 и 3;
4. установить переключатель плеч отношений на соответствующий
множитель согласно табл. 2 в зависимости от предполагаемой величины;
5. установить на четырех декадах сравнительного плеча ожидаемое
сопротивление;
8
М
R2
ЭНИ
2
3
R1
RХ
Рис. 5. Схема измерения высокоомных сопротивлений
6. нажать кнопку "ЭНИ" и ручкой "Баланс" добейтесь горения обоих
индикаторных элементов;
7. нажать кнопку "ПИТ". Мост точно уравновешен, если поочередно
загораются левый и правый индикаторный элемент при повороте ручки
переключателя декады младшего разряда ("× I") на I единицу;
Таблица 2
Измеряемое
сопротивление, Ом
Рекомендуемые множители
5·10-3-0,0999
1·10-1-0,9999
1-9,999
10-99,99
100-999,9
1000-9999
10000-50000
100000-999900
100000-999900
0,0001
Напряжение источника
питания моста, В
внутренняя
наружная
батарея
батарея
–
15
0,0010
0,0100
01
1,0
10,0
1,5
100,000
–
1-1,5
1,5-3
3-10
3-10
10-16
Схема
включения
4–зажимная
4-зажимная
2-зажимная
2-зажимная
8. вычислить сопротивление по формуле:
RХ = n·R, Ом,
где n = R1/R2 - множитель устанавливаемый на декаде плеч отношений (П5),
R - сопротивление сравнительного плеча;
9. после окончания измерений кнопку "ПИТ" отжать.
9
Измерение сопротивлений от 9,999 до 5·10 -3 Ом .
Измерение производится по четырехзажимной схеме включения, для чего:
1. перемычку, соединяющую зажимы I и 2, отсоединяют;
2. измеряемое сопротивление присоединяют к зажимам I, 2, 3 4 с помощью четырех проводников.
3. сопротивление проводников, идущих к зажимам 2 и 3, должно
быть не более 0,005 Ом;
4. процесс уравновешивания и подсчет результатов измерения производят так же, как и при измерении сопротивлений от 10 до999,9·103
Ом. Кроме измерений сопротивлений мост РЗЗЗ позволяет измерить
асимметрию проводов.
Определение места повреждения кабеля по схеме петли Варлея и
Муррея будет изучаться в курсе "Монтаж и эксплуатация электроустановок промышленных предприятий".
3.2. Мост постоянного тока измерительный Р4053
Мост постоянного тока измерительный P4053 предназначен для измерения электрических сопротивлений на постоянном токе. Мост обеспечивает
измерение электрических сопротивлений в диапазоне от 1 до 1015 Ом.
Устройство и принцип работы.
Измерение сопротивлений одинарным мостом основано на возможности определения в момент равновесия величины измеряемого сопротивления Rх пo произведению известных значений сопротивлений двух
плеч R1 и R2 и проводимости третьего Y2 = 1/R2 из выражения:
Rх = R1 R3 1/R2= Rl·R3·Y2.
В мосте Р4053 в качестве плавно регулируемого плеча используется
шестидекадный магазин проводимостей.
Для измерения электрического сопротивления в диапазоне от 1,0 до
99,999 0м применена измерительная схема одинарного моста с четырехзажимным подключением измеряемого сопротивления (см. рис. 4), позволяющая уменьшить влияние соединительных проводов на результат
измерения. В качестве нулевого индикатора в этой схеме используется
микроамперметр, включенный непосредственно в измерительную диагональ моста.
Для измерения электрического сопротивления в диапазоне от 102 до
1015 Ом применена измерительная схема одинарного моста с двухзажимным подключением измеряемого сопротивления. В качестве нулевого
индикатора в этой схеме используется динамический электрометр с динамическим конденсатором.
В мосте Р4053 отсчет измеряемого сопротивления дается в цифровых
значениях с автоматическим указанием положения десятичной запятой на
10
измеряемом пределе. Мост Р4053 конструктивно выполнен в металлическом корпусе и состоит из блока мостового и блока электронного.
Уравновешивание мостовой измерительной схемы производится при помощи шестидекадного магазина проводимостей с сокращенным числом резистивных элементов. В качестве нулевого индикатора используется динамический электрометр, который состоит из следующих узлов (рис.6):
Генератор
прямоуголь
ных
импульсов
Динамический
конденсатор
Цепь компенсаций
контактной
разности
потенциалов
Усилитель
переменного
тока
Фазочувствительный
детектор
A
Источник
питания
Рис.6. Блок-схема динамического электрометра
При работе с мостом Р4053 необходимо надежно заземлить корпус
моста.
Подготовка моста к работе.
1. Подключить шнур питания моста к сети переменного тока напряжением 220 В, частотой 50 Гц;
2. Отпустить кнопку "ТОЧНО";
3. Установить рукоятку переключателя "РОД РАБОТЫ" в положение Ко;
4. Установить рукоятку переключателя схемы измерения с надписью
1-102 Ом и 102-105 Ом в нейтральное положение;
5. Включить питание моста тумблером; при этом на выходном приборе С микроамперметре) нулевого индикатора должен появиться световой указатель;
6. Установить с помощью корректора микроамперметра световой
указатель на отметку "0" (механический нуль);
11
7. Установить рукоятки переключателей пределов измерения и схемы измерения в требуемое положение в соответствии с номинальным
значением измеряемого сопротивления;
8. Установить рукоятку переключателя "ПИТАНИЕ МОСТОВОЙ
СХЕМЫ", расположенную на задней стенке в положение, соответствующее обозначению.
Порядок работы
ВНИМАНИЕ! При измерении сопротивлений в пределах значений от
! , необходимо уста1 до 10 0м первую декаду, отмеченную знаком
новить в нулевое положение. Уравновешивать мост с использованием первой декады только при изменении сопротивлений в пределах значений от
1012 до 1015 0м. К измерению электрического сопротивления мостом
Р4053 на всех его пределах необходимо приступать только после выполнения всех требований, оговоренных в предыдущем разделе. По истечении 30 мин после включения моста в сеть, производят измерения при закрытой крышке камеры Rх.
Измерение сопротивлений до 99,99 Ом производить по 4-зажимной
схеме одинарного моста.
Для измерения:
 подключить измеряемый объект к зажимам 1, 2, 3 и 4 согласно
схеме, приведенной в табличке, укрепленной на лицевой панели моста.
Произвести подключения при помощи проводов соединительных низкоомных, входящих в комплект поставки;
 произвести контроль механического нуля;
 установить рукоятку переключателя схемы измерения в положение 1-1012 Ом;
 установить рукоятку PezURx в крайнее правое положение (по часовой стрелке до упора);
 установить переключатель "РОД РАБОТЫ" в положение "ИЗМ.";
 установить световой указатель микроамперметра на нуль, изменяя
показания декадных переключателей магазина проводимости;
 нажать кнопку "ТОЧНО";
 произвести окончательное уравновешивание моста;
 произвести отсчет по показаниям декадных переключателей магазина проводимости.
Измерение сопротивлений от 102 до 105 Ом.
Для измерения:
 отпустить кнопку "ТОЧНО";
 установить рукоятку переключателя схемы измерения в положение
102-1015 Ом;
12
 установить переключатель "РОД РАБОТЫ" в положение "Ко"
(контроль нуля);
 подключить измеряемый объект к зажимам I и 4 при помощи проводов соединительных низкоомных;
 установить световой указатель микроамперметра на отметку "0"
рукояткой "УСТ. 0”
 нажать кнопку "ТОЧНО";
 повторить операцию "УСТ. 0";
 отпустить кнопку "ТОЧНО";
 установить рукоятку Реz UR.x в крайнее правое положение (по часовой стрелке до упора);
 установить переключатель "РОД РАБОТЫ" в положение "ИЗМ.";
 произвести окончательное уравновешивание моста;
 нажать кнопку "ТОЧНО";
 произвести окончательное уравновешивание моста;
 произвести отечет по показаниям декадных переключателей проводимости.
Измерение сопротивлений от 105 до 1012 Ом.
Произвести калибровку плеч мостовой измерительной схемы:
 отключить измеряемое сопротивление и закрыть крышку измерительной камеры;
 установить рукоятку переключателя пределов измерения в положение "K1" и "К2";
 установить рукоятку переключателя пятой декады проводимости в
положение "I" (для KI), а остальное в положение "0" (для К2 все рукоятки
переключателей декад проводимости установить положение "0");
 установить рукоятку Реz URx в крайнее правое положение;
 установить рукоятку переключателя "РОД РАБОТЫ" в положение
"ИЗМ.";
 отпустить кнопку "ТОЧНО";
 установить рукояткой K1 или К2 световой указатель микроамперметра на отметку "0";
 нажать кнопку "ТОЧНО";
 установить рукояткой K1 или К2 световой указатель микроамперметра на отметку “0”
Кроме перечисленных измерений, мостом Р 4053 можно определить
удельное поверхностное или объемное сопротивление твердого диэлектрика.
13
3.3. Прибор универсальный измерительный Р-4833
Назначение, технические характеристики.
Прибор Р4833 предназначен для измерения сопротивлений, постоянных ЭДС, напряжений и поверки теплотехнических приборов.
Класс точности прибора при использовании в качестве:
 моста постоянного тока - 0,1;
 потенциометра постоянного тока - 0,05;
 магазина сопротивления - 0,02/1,5·10-4
Диапазон измерений:
измерения сопротивлений при использовании прибора в качестве
моста от 10-4 до 106 0м;
 измерения ЭДС и напряжений при использовании прибора в качестве потенциометра от 0 до 111,10 мВ;
 показаний сопротивления при использовании прибора в качестве
пятидекадного магазина сопротивления от начального ( ≤ 0,015
0м) до 1111,10 0м (декады 100, 10, I, 0,1; 0,01 0м).
Питание прибора от встроенных гальванических элементов 1,5-7,0 В
или от сети переменного тока 220±22 В частотой 50±0,5 Гц.
Устройство и принцип работы.
Декады прибора и другие основные органы управления расположены на панели, которая помещена в корпус.
Прибор состоит из магазина сопротивлений, моста и потенциометра
постоянного тока, источников регулируемого напряжения (ИРН).
Магазин сопротивления состоит из пяти декад: "х100 Ом”,” х10 Ом
(В", "х I Ом (mВ)", "х 0,1 Ом (mB), "х 0,01 Ом (mВ)" с сопротивлением
одной ступени 100; 10; I;0,1;0,01 0м.
На панель прибора выведены:
 нулевой индикатор (гальванометр);
 ручки пятидекадного магазина сопротивления;
 ручки переключателя плеч отношения моста;
 кнопки включения чувствительности прибора "Т" - грубо и "▼" - точно;
 ручки регуляторов рабочего тока потенциометра первого "1 ▼ ▼"и
второго "▼ 2 ▼ ▼" контуров;
 ручки регуляторов напряжения ИРН /тВ/ “▼ mВ“, ИРН /В/ “▼ В▼ ▼“;
 кнопки переключателя "СОПРОТИВЛЕНИЕ ЛИНИИ","0,6 0м", "1,6 0м",
 "5 0м","15 0м","16,2 0м","25 0м";
 кнопки рода работ "I " /измерения/ ,▲1, ▲2; "МО-2", "М0-4",
"П", "ПmВ".
 "Л", "▲ Rл", "IRл";
14
 кнопки выбора встроенных или наружных нормального элемента /НЭ/, гальванометра "Г", батареи, потенциометра "ЕП", батареи моста "ЕМ";
 кнопка "СЕТЬ" включения питания прибора от сети;
 зажимы "-Х"; "mВ" и "В" для подключения измеряемой ЭДС или
напряжения и снятия напряжения от источников регулируемого
напряжения;
 зажимы "2,5 0м", и "7,5 Ом" для имитации соединительных линий при проверке логометров и мостов;
 зажимы "T1", "П1", "П2", "Т2" для подключения измеряемого сопротивления по 2-зажимной и 4-зажимной схемам измерения;
 зажим "R" для использования прибора как магазина сопротивления;
 зажимы "-БМ+" для подключения наружной батареи моста и источников регулируемого напряжения;
 световая индикация включения сети.
Порядок работы.
1. Перед началом работы отжать кнопки "М02", "М04", "П",
"ПmВ", "Л", "▲Rл", "IRл", "▼▼" и "▼" остальные кнопки и другие органы управления - в любом положении.
2. Перед началом работы корректором установить стрелку гальванометра на нуль.
3. Схему, соответствующую определенному роду работы и ее питания включить нажатием одной из кнопок "М02", "М04", "П", "пmВ", "Л",
▲Rл, IRл.
4. Все измерения производить при нажатой кнопке "I", а контроль
рабочего тока потенциометра - при нажатой кнопке "▲1" или "▲2".
Измерение сопротивлений от 102 до 106 Ом.
Измерение производится в следующем порядке:
1. Нажать кнопки "Г", " БМ" при использовании внешнего гальванометра и батареи моста. При использовании внешнего гальванометра и батареи моста подключить их к зажимам Г", "ЕМ" и отжать кнопки "I"' и
"БМ". При использовании питания от сети включить шнур питания в сеть
и нажать кнопку "СЕТЬ";
2. Нажать кнопки "М02" и "I";
3. Установить выбранный множитель N на переключателе плеч отношения " х N";
4. Подключить измеряемое сопротивление к зажимам "П1", "П2";
5. Установить стрелку гальванометра на нуль вращением ручек декадных переключателей вначале при нажатой кнопке "▼", а затем при
нажатой кнопке "▼▼";
15
6. Определить величину измеряемого сопротивления Rх в омах по
формуле:
Rх=N·Rм,
где N - отношения сопротивлений плеч отношений,
Rм - величина сопротивления плеча сравнения, Ом; Rм=Rcp+Po.
7. Установить кнопки в исходное положение, т.е.отжать кнопки
"М02", "М04", "П", "ПmВ", "Л", ▲Rл “▼▼” I Rл, " ▼".
Остальные кнопки - в любом положении.
Порядок измерения ЭДС и напряжения, поверки пирометрических
милливольтметров и потенциометров, поверки логометров, поверки автоматических мостов и т.д. в данном руководстве не рассматриваются.
4. Мосты переменного тока (универсальные)
4.1. Мост переменного тока Р5079
Мост переменного тока Р5079 предназначен для автоматических измерений емкости /С/ и тангенса угла потерь / tg δ / конденсаторов, а также для измерений проводимости / G / и остаточной емкости высокоомных резисторов с выдачей результатов измерений в цифровом виде.
Значения измеряемых величин:
С - от 1·10-15 до 1·10-4;
tgδ- от 5·10-5 до 1 ( при 1·10-11 F≤C≤1·10-4 F )
G - от 5·10-12 до 4·10-8 S (при 1·10-15≤C≤ 1·10-11 F ) и от 5·10-12 до 1·107
S (при 1·10-15 F ≤ C≤ 4·10-12F ).
При десятикратном снижении напряжения на объекте измерения
мост обеспечивает следующие значения измеряемых величин:
С – от 1·10-14 до 1·10-4F;
tgδ- от 1·10-4 до 1 (при 1·10-11F≤C≤ 1·10-4F);
G- от 1·10-11до 4·10-8 S( при 1·10-14 F≤C≤ 1·10-11F)и от 1·10-11 до 1·10-7
S ( при 1·10-14 F≤C≤4·10-12F)
При этом индикаторы младшего разряда в каждом из отсчетных
устройств гасятся.
Наибольшее время одного измерения мостом составляет не более 1с.
Управление работой моста осуществляется при помощи сенсорных
переключателей, объединенных в группы "ЗАПУСК", "СТАРТ" и "РЕЖИМ ИЗМЕРЕНИЯ".
Мост имеет три режима измерений и три вида запуска.
Режимы измерений:
1. разовые ("CI");
2. периодические ("С1...Сn ");
3. слежения ("Cvar.").
16
Виды запуска:
1. ручной (РУЧ);
2. автоматический (АВТ) с длительностью регулируемого цикла запуска не менее 0,5-15 S ;
3. внешний (ВНЕШ).
Внешний запуск осуществляется одиночным электрическим сигналом или серией электрических сигналов от внешнего источника, уровень
напряжения которых:
для логического нуля от 0 до 0,4 В;
для логической единицы от 2,4 до 5,25 В.
При длительности электрических сигналов не менее 20 и положительной полярности на электрической нагрузке не менее 10 кОм мост
обеспечивает дистанционное управление режимами измерений и видами
запуска, осуществляемого внешними сигналами, уровень, полярность и
длительность которых соответствует указанным выше.
Электропитание моста осуществляется от сети переменного тока
напряжением 220 ±22⁄33 В, частотой 50± I Гц.
4.2. Измеритель RLC Р5030
Назначение, технические данные и состав измерителя
Измеритель Р5030 предназначен для измерения сопротивления R,
емкости С и индуктивности L.
Диапазон измеряемых величин:
R - от 5·10-3 до 2·10-9 Ом;
С - от 1·10-14 до 2·10-1 F
L - от 1·10-7 до 2·106 Н.
Результаты измерений R, С и L в виде 4-разрядного или 5разрядного цифрового отсчета, а также размерность цифровых отсчетов
представляется на индикаторном табло измерителя.
Измеритель состоит из блока измерительного /БИ/, блока автоматики ⁄БА/, блока цифровой информации /БЦИ/, блока питания /БП/, органов
управления и электрических соединителей.
БИ предназначен для преобразования измеряемой величины R, С, L в
пропорциональный ей интервал времени и состоит из:
 генератора синусоидального напряжения /ГС/;
 неуравновешенной измерительной цепи /НИЦ/;
 первого и второго масштабных усилителей МУ1 и МУ2;
 буферного усилителя /БУ/;
 фазочувствительного выпрямителя /ФЧВ/;
 первого и второго интеграторов И1 и И2;
17
 компаратора напряжения /КН/;
 пороговых элементов /ПЭ/;
 формирователя опорных напряжений /ФОН/.
Работа измерителя.
Управление работой измерителя - выбор измеряемой величины (R, L
или С) частоты (0,1 кHz или I кНz) и режима измерений. "Единичные измерения", "Слежение" осуществляются путем прикосновения руки оператора к соответствующим ячейкам сенсорного переключателя.
Для включения режима "Единичные измерения" используется ячейка "СТАРТ". Прикосновение к ней приводит измеритель к запуску и к
фиксации результатов измерений БЦИ. Прикосновение к ячейке "zвар" переводит измеритель в режим "Слежение", при котором на БЦИ регистрируется текущее значение измеряемой величины. Включение тумблера
УСР приводит измеритель в режим "Усреднение", при котором на ЕЦИ
индуцируется среднее арифметическое результатов десяти измерительных циклов. Этот режим используется в условиях действия внешних помех для сохранения точности измерения величины, значение которых
представляется на БЦИ не менее чем четырьмя цифровыми разрядами.
Подготовка к работе и порядок работы.
1. Подключите измеритель к сети питания, предварительно убедившись, что тумблер "СЕТЬ" выключен.
2. Подключите к электрическим соединителям измерителя, обозначенным "I " и "U", штатные кабели, служащие для подсоединения объекта измерителя.
3. Подключите зажимы кабелей к объекту измерения.
4.Включите тумблер "СЕТЬ".
5. Установите необходимую величину измерения прикосновением
руки соответственно к одной из трех ячеек сенсорного переключателя,
обозначенных " Ώ ", " F ", "Н".
6. Установите необходимые частоту и режим измерений прикосновением руки к соответствующим ячейкам сенсорного переключателя,
обозначенным "0,1 кНz " или "I кНz " "СТАРТ" или Zвар.
Перед измерением конденсаторов, емкость которых превышает I мкФ, а
также при изменении частоты измерений производится разрядка конденсатора путем короткого замыкания их электродов.
18
4.3.Мост универсальный Е7-4
Назначение, технические данные
Универсальный мост Е7-4 предназначен для измерения сопротивления, емкости, индуктивности, добротности и тангенса угла потерь.
Диапазон измеряемых прибором величин с гарантируемой погрешностью соответствует данным, приведенным в табл. 3.
Таблица 3
Сопротивление
R, Ом
Емкость С, nФ
Индуктивность
L, Гн
Добротность катушек Q
Тангенс угла потерь конденсаторов tgδ
0,1-107
10-108
10-5-100
1-30
0,005-0,1
Устройство и работа прибора и его составных частей.
Электрическая схема состоит из 4 структурных блоков:
Б1 - генератор высокой частоты /100, 1000 Гц/;
Б2 - блок питания;
Б3 - индикатор равновесия моста;
Б4 - измерительная часть.
На передней панели моста расположены:
 ручка переключателя "ОТСЧЕТ", переключающая последовательно соединенные резисторы и находящаяся под окном с числами отсчета от 0 до 10;
 ручка переменного резистора "ОТСЧЕТ" с числами отсчета от 0 до 1;
 ручка переключателя поддиапазонов "МНОЖИТЕЛЬ", расположенная под таблицей с множителями для поддиапазонов;
 ручка переключателя измерительных мостов “ C , L, –R ~ R ”;
 ручка переключателя отсчетных шкал добротности и тангенса угла
потерь tgδ Q;
 ручка переменного резистора "ФАЗА" расположенная под окном
со шкалами "tg, Q ";
 ручка переключателя частоты генератора "ЧАСТОТА Hz";
 ручка переменного резистора - "ЧУВСТВ. ИНДИКАТОРА";
 тумблер включения сети с надписью "СЕТЬ";
 зажимы для подключения измеряемого объекта "С, L , R"; клемма ╧.
Подготовка к работе.
Исходное положение органов управления:
а) ручка тумблера "СЕТЬ" - в нижнем положении*;
б) ручка переключателя "ОТСЧЕТ" - в положение 3;
в) ручка переменного резистора "ОТСЧЕТ" в крайнем левом положении;
г) ручка переключателя "МНОЖИТЕЛЬ" - в крайнем левом положении;
19
д) ручка переменного резистора "ЧУВСТВ. ИНДИКАТОРА" - в
крайнем левом положении;
е) ручка переключателя "С, L – R, ~ R" - в положении "~ R"
ж) ручка переключателя "ЧАСТОТА Hz" - в положении "100";
з) ручка переключателя "tgδ,Q" - в положении "tgδ";
и) ручка переменного резистора "ФАЗА" - в крайнем левом положении;
к) ручка переменного резистора "ВЫХ. НАПР. ГЕНЕРАТОРА" - в
крайнее правое положение;
Проверить установку механического нуля прибора и, если нужно,
установить корректором стрелку на нуль.
Пункты а-к выполнять после каждого измерения.
Порядок работы:
1. Включить шнур питания в сеть переменного тока частотой 50 Гц и
напряжением 220 В.
2. Включить прибор при помощи тумблера "СЕТЬ". При этом должна загореться индикаторная лампочка.
3. Прибор готов к работе через 5 мин.
4. Проверить работоспособность прибора в различных режимах измерения.
Проверка работоспособности в режиме измерения емкости:
 установить переключатель " С, L , ~R, –R " в положение "С" и переключатель "МНОЖИТЕЛЬ" в крайне правое положение (7
диапазон);
 установить ручкой "ЧУВСТВ. ИНДИКАТОРА" стрелку индикатора баланса в пределах 2/3 шкалы;
 установить ручку переключателя "ОТСЧЕТ" в положение "О";
 сбалансировать мост, т.е. добейться минимальных показаний индикатора, вращая ручки "ОТСЧЕТ", "ФАЗА" и постепенно увеличивая чувствительность индикатора.
Проверка работоспособности в режиме измерения сопротивлений:
а) на переменном токе f - 100 Гц:
 перевести переключатель "C, L, ~ R, = R" в положение "~ R " переключатель МНОЖИТЕЛЬ" в крайнее левое положение (I диапазон);
 заменить клеммы на передней панели прибора " С - L - R " проводником;
 установить ручкой "ЧУВСТВИТ. ИНДИКАТОРА" стрелку прибора в пределах 2/3 шкалы;
 установить ручкой переключателя "0" на левой шкале "ОТСЧЕТ";
20
 сбалансировать мост вращением ручки плавной шкалы "ОТСЧЕТ"
при постепенном увеличении чувствительности до максимального
значения. Полученное значение сопротивления не должно превышать 0,02 0м;
б) на постоянном токе:
 перевести переключатель «L ,С,~ R,=R» в положение «= R», ручкой "ЧУВСТВИТ. ИНДИКАТОРА" установите стрелку индикатора
в пределах 2/3 шкалы;
 сбалансируйте мост вращением ручки плавной шкалы "ОТСЧЕТ"
при замкнутых клеммах "L-C-R"и при постепенном увеличении чувствительности до максимального значения.
ВНИМАНИЕ! В случае отсутствия контакта переключателей "tgδ ",
"ЧАСТОТА Hz", "ОТСЧЕТ" и " С, L ,~ R,= R" при первом включении,
произвести повторные включения до появления цепи.
Измерение сопротивлений.
1. Измеряемое сопротивление RX подключитеь к зажимам "С - L -R";
2. Установитеь переключатель "С, L, ~ R – R" в положение "- R" или
"~R" (для измерений на постоянном или переменном токе соответственно);
3. Ручку переключателя "ЧАСТОТА Hz " поставить в положение
"100" (при измерении на переменном токе);
4. Ручкой "ЧУВСТВИТ. ИНДИКАТОРА" установить стрелку прибора в пределах 2/3 шкалы;
5. Ручкой переключателя "МНОЖИТЕЛЬ" доббиться минимального
показания прибора;
6. Постепенно увеличивая чувствительность до максимума, но так,
чтобы стрелка прибора оставалась в пределах шкалы, ручками, объединенными надписью "ОТСЧЕТ", уравновесить мост, т.е. добиться
наименьшего показания на указателе равновесия;
7. Измеряемая величина сопротивления равна сумме отсчетов по
шкалам переключателя и потенциометра "ОТСЧЕТ", умноженной на соответствующий множитель.
Измерение емкости.
1. Измеряемую емкость С подключить к зажимам C-L-R
2. Установить переключатель"C L ~R,- R" в положение "С";
3. Установить переключатель "Q"tgδ " в положение "tgδ";
4. Установить переключатель "ЧАСТОТА Hz" в положение "100"
или"1000" в зависимости от значения измеряемой величины емкости согласно табл. 4.
21
Таблица 4
Измеряемая величина
Сопротивление R, Ом
Емкость С, пФ
Индуктивность L, мГн
Пределы измерения
0,1-106
106-107
0,1-10
10-104
10-102
102-107
107-108
10-102
102-106
106-107
107-108
Частота, Гц
100
100
0
0
1000
1000
100
1000
1000
100
100
5. Ручкой "ЧУВСТШТ. ИНДИКАТОРА" установить стрелку прибора
в пределах 2/3 шкалы.
6. Ручкой переключателя "МНОЖИТЕЛЬ" добейтесь минимального
показания прибора.
7. Постепенно увеличивая чувствительность до максимальной так,
чтобы стрелка прибора оставалась в пределах шкалы, ручками, объединенными надписью "ОТСЧЕТ" и ручкой "ФАЗА" добиться наименьшего
показания на указателе равновесия.
8. При измерениях на частоте 100 Гц отсчет емкости должен быть
умножен на 100.
Измерение индуктивности.
1. Измеряемую индуктивность LХ подключить к зажимам "С - L -R";
2. Установить переключатель " С L , ~ R , = R " в положение “ L”;
3. Установите переключатель "ЧАСТОТА Hz" в положение "100"
или "1000" в зависимости от значения измеряемой величины индуктивности согласно табл. 4;
4. Ручкой "ЧУВСТВИТ, ИНДИКАТОРА" установите стрелку прибора в пределах 2/3 шкалы;
5. Ручкой переключателя "МНОЖИТЕЛЬ" добейтесь минимального
показания прибора;
6. Постепенно увеличивая чувствительность до максимальной так,
чтобы стрелка прибора оставалась в пределах шкалы, ручками, объединенными надписью "ОТСЧЕТ", и ручкой "ФАЗА" добейтесь наименьшего показания на указателе равновесия;
7. Произведите отсчет измеряемой величины индуктивности.
22
Список использованной литературы
1. Основы метрологии и электрические измерения /Под общ. ред.
Е. М. Душна. Л., 1990.
2. Справочник по измерительным приборам /Под ред. Илюнина К. К.
М.; Энергоатомиздат, 1983.
3. Каталоги и паспорта измерительных приборов.
Оглавление
Задание на занятие………………………………………………….3
Общие положения…………………………………………………..3
Мосты постоянного тока…………………………………………...6
3.1. Мост постоянного тока Р333…..………………………………6
3.2. Мост постоянного тока измерительный Р4053…….………..10
3.3. Прибор измерительный универсальный Р4833……………..14
4. Мост переменного тока (универсальный)……………………….16
4.1. Мост переменного тока Р5079.……………………………….16
4.2. Измеритель R, L, C Р5030…………………………………….17
4.3. Мост универсальный Е7-4……………………………………19
Литература………………………………………………………….23
1.
2.
3.
23