Резонансный метод измерения емкости конденсатора: Тема: Резонансные методы измерения ёмкости конденсатора

Содержание

Тема: Резонансные методы измерения ёмкости конденсатора

Государственный
морской технический университет

Отчёт
по л
абораторной
работе №2

по
метрологии

Тема:
Резонансные методы измерения ёмкости
конденсатора

Выполнил:
Яговдик А.Г.

Студент
группы 32ИС1

Проверил:
Минин В.В.

Санкт-Петербург

2004

Цель
лабораторной работы:

  • Ознакомиться
    с резонансными методами измерений
    ёмкостей конденсаторов.

  • Ознакомиться
    с методами уменьшения систематической
    погрешности при резонансных методах
    измерений.

  • Получить
    практические навыки в измерении ёмкости
    конденсатора.

Общие
сведения:

    1. Резонансные методы
      измерения.

Резонансные методы
измерения основаны на определении
резонансной частоты измерительного
контура, составленного из образцового
и измеряемого элементов. Как, известно,
резонансная частота колебательного
контура определяется выражением:

f0=1/(2П(Lэ∙Сэ)/1/2) (1.1.1.)

где Lэ
– эквивалентная индуктивность контура

Сэ
– эквивалентная ёмкость контура

Величины эквивалентной
ёмкости и индуктивности контура
определяются параметрами образцового
и измеряемого элементов, входящих в
измерительный контур, так и величинам
паразитных параметров контура. К таким
паразитным параметрам контура относят
собственные ёмкости катушек индуктивности
ёмкости измерительных приборов, ёмкость
монтажа и т.п.

Паразитные параметры
измерительного контура являются
одним из источником систематических
погрешностей измерений резонансными
методами. Рассмотрим резонансные методы
измерений, анализируя и постепенно
устраняя возможные систематические
погрешности, обусловленные методом
измерения и способом получения результата.

1.2 Измерение ёмкости
конденсатора.

Наиболее простым
резонансным методом измерения ёмкости
конденсатора
является метод, основанный на измерении
резонансной частоты измерительного
контура, состоящий из образцовой катушки
индуктивности и измеряемого конденсатора.
Упрощённая эквивалентная схема измерений
для этого случая представлена на рис.
1.2.1.

На рис.1.2.1. обозначены

ГВЧ – генератор высоких
частот

Lоб
– образцовая катушка индуктивности

Сx
– измеряемый конденсатор

V
– индикатор резонанса

Измерительный контур
настраивают на резонанс по максимальным
показаниям индикатора резонанса путём
изменения частоты сигнала ГВЧ. Фиксируют
значения резонансной частоты f0.

Сx=1/(4П2∙f02∙Lоб) (1. 2.1.)

где f0
резонансная частота колебательного
контура

Lоб
– индуктивность образцовой катушки.

Из сопоставлений
выражений 1.1.1 и 1.2.1 видно, что в этом
случае считают, что эквивалентная
индуктивность контура Lэ=
Lоб
и Сэ=Cоб
, т.е. пренебрегают наличием паразитных
параметров контура, что в этом случае
является основным источником
систематической погрешности.

Основными паразитными
параметрами измерительного контура
являются: собственная ёмкость образцовой
катушки индуктивности – СL
, ёмкость монтажа CM
, входная ёмкость индикатора резонанса
– Си
. Эквивалентная схема измерения ёмкости
с учётом основных паразитных параметров
измерительного контура представлена
на рис. 1.2.3.Из приведённой схемы видно,
что ёмкости СL
CMСи
включены параллельно измерительному
контуру.

Следовательно,
эквивалентная ёмкость измерительного
контура должна определяться как:

СЭХL+CM+CИхП (1.2.2.)

Где СN
– паразитная ёмкость измерительного
контура.

Подставив (1.2.2) в (1.1.1)
и решив его относительно СХ
получим:

СХ
= (1/(4П2∙f02
Lоб))-Сп (1.2.3)

Величина собственной
ёмкости образцовой катушки является
одним из её метрологических параметров
и указывается на её корпусе (единицы
пФ). Ёмкость монтажа CM
определяется длиной и взаимным
расположением соединительных проводов
и элементов измерительного контура
(единицы десятки пФ). Ёмкость измерителя
(Си) определяется входной ёмкостью
индикатора резонанса и ёмкостью
соединительного кабеля (десятки-сотни
пФ). Суммарная величина паразитной
ёмкости измерительного контура может
быть определена экспериментальна. Для
этого необходимо измерительный контур
с подключённой катушкой индуктивности
и без измеряемоё емкости настроить на
резонанс по максимальным показаниям
индикатора резонанса путём изменения
частоты сигнала ГВЧ и определить
собственную резонансную частоту
измерительного контура f0
ИК
. Паразитная
ёмкость измерительного контура может
быть определена в соответствии с
выражением:

СП=1/(4П2
f02
ИК
∙ Lоб) (1.2.4.)

В этом случае, если
значение паразитных ёмкостей известно
или определено путём измерений, как это
описано выше, то использование выражения
(1.2.3)позволяет
существенно уменьшить величину
систематической погрешности измерения
величины Сх.

Однако, следует отметить,
что представление паразитных параметров
измерительного контура в виде элементов
с сосредоточенными параметрам лишь
приблизительно, т. к. СL
является распределённой по обмотке
образцовой катушки, СМ
по измерительному
контуру, а СИ
– частично по кабелю индикатора
резонанса. Кроме того, неученой остаётся
паразитная индуктивность проводов,
активные сопротивления потерь в элементах
и проводах контура. Любая замена схем
с распределёнными параметрами
эквивалентными схемами с сосредоточенными
параметрами влечёт за собой зависимость
этих параметров от частоты. Поэтому
учёт паразитных параметров (Сп),
определённых на собственной резонансной
частоте измерительного контура (f0
ИК
), при измерениях
на других частотах является источником
систематической погрешности измерений.
Чтобы ещё более уменьшить систематическую
погрешность измерений применяют метод
замещения.

Метод замещения

В
соответствии с методом замещения
измерения осуществляются в два этапа:

1.
Измерительный контур, состоящий из
образцовой катушки измеряемой ёмкости,
настраивают в резонанс по максимальным
показаниям индикатора резонанса путём
изменения частоты сигнала ГВЧ.

2.
Не меняя настройки частоты ГВЧ, отключают
измеряемую ёмкость Сх
и подключают вместо неё к измерительному
контуру образцовый конденсатор переменной
ёмкости Соб.
Настраивают измерительный контур в
резонанс по максимальному отклонению
индикатора резонанса путём изменения
ёмкости образцового конденсатора. По
градуированной шкале образцового
конденсатора определяют резонансное
значение Соб.
Схема измерений ёмкости методом замещения
представлена на рис.1.2.3..

Очевидно,
что при первой настройке контура в
резонанс резонансная частота

f0=1/(2П(LЭ∙(СХП))1/2)

а
при второй

f0=1/(2П(LЭ∙(СОБП))1/2)

т.к.
частота генератора не измена при обоих
измерениях, то СХОБ
(1.2.5.)

и
паразитные параметры измерительного
контура не оказывают влияния на точность
измерений.

При
измерении методом замещения систематическая
погрешность может быть вызвана тем, что
при отключении СХ
и подключении образцового конденсатора
изменяется ёмкость монтажа.

Эту
погрешность тоже можно уменьшить
применяя метод компенсации.

Метод компенсации

При измерении ёмкости
методом компенсации измерения производятся
в два этапа:

  1. Измерительный контур,
    состоящий из образцовой индуктивности
    LОБ
    , измеряемой ёмкости СХ
    и образцового конденсатора рис.(1.2.4)
    настраивают в резонанс по максимальным
    показаниям индикатора резонанса путём
    изменения частоты сигнала ГВЧ. При этом
    значение ёмкости образцового конденсатора
    СОБ1
    должно быть выбрано вблизи минимального
    и определено по градуированной шкале
    образцового конденсатора.

  2. Не меняя частоты
    настройки ГВЧ, отключают измерительную
    ёмкость СХ
    и настраивают контур в резонанс на той
    же частоте путём компенсации отключённой
    ёмкости СХ
    увеличением ёмкости СОБ.
    Определяют резонансное значение СОБ2
    по градуированной шкале образцового
    конденсатора.

При первой настройке
измерительного контура на резонанс

f0=1/(2П(LЭ∙(СХОБ1П))1/2)

а при второй

f0=1/(2П(LЭ∙(СХОБ1П))1/2)

Т.к. частота генератора
неизменна при обоих измерениях, то

CХ=
СОБ2ОБ1 (1.2.6.)

И паразитные параметры
измерительного контура не оказывают
влияния на результаты измерений.

Лабораторная
установка

Лабораторная установка
состоит из генератора высокой частоты
(ГВЧ), измерительного контура, индикатора
настройки контура в резонанс. Измерительный
контур смонтирован на плате лабораторного
стола и состоит из клемм для измерительных
и образцовых элементов, ГВЧ и индикатора
резонанса. Кроме же того на этой плате
смонтировано разделительное сопротивление
® и образцовый
конденсатор переменной ёмкости (СОБ)
с тумблером (К), позволяющим подключить
его к измерительному контуру.

Резонансный метод измерения параметров цепей

Резонансный метод измерения параметров цепей основан на использовании резонансных свойств колебательных систем, в частности, контуров с сосредоточенными параметрами. Основным достоинством резонансного метода является возможность измерения параметров на рабочей частоте.

Относительно просто резонансным методом измеряются емкость и индуктивность. Для этого достаточно составить контур (рисунок 3.4.6 а, б) из образцовой индуктивности (или емкости) и измеряемой емкости (соответственно индуктивности).

Контур связывается с генератором, причем связь должна быть слабой. Настраивая контур в резонанс с частотой генератора (изменением частоты на рисунке 3.4.6,а или образцовой емкости С0 на рисунке 3.4.6,б), можно вычислить измеряемую емкость или индуктивность по формуле

                                                         

или

          ,                                               

Рисунок 3. 4.6

Внимание!

Если вам нужна помощь в написании работы, то рекомендуем обратиться к
профессионалам. Более 70 000 авторов готовы помочь вам прямо сейчас. Бесплатные
корректировки и доработки. Узнайте стоимость своей работы.

где fP и СОР
– значения частоты и емкости при резонансе.

         Индикатор резонанса ИП обычно включается в дополнительный контур с тем, чтобы не уменьшать добротность контура LOCX (или LXCO), а, следовательно, и точность измерений.

         В описанном способе измерения LX и CX не учитывается емкость монтажа и собственная емкость катушки. Фактически в этом случае СОР = (С + СL)  будет являться емкостью всего контура, представляющей собой сумму емкостей конденсатора и собственной емкости катушки СL, а не емкостью конденсатора, и значение LX будет определено неточно. Для определения истинного значения индуктивности необходимо определить значение собственной емкости катушки СL. С этой целью необходимо проделать следующее.

         Настроить контур в резонанс на двух различных частотах:

Затем, решив полученную систему уравнений относительно СL, рассчитать ее значение.

         Для повышения точности измерения объединяют резонансный метод с методом замещения. Суть метода замещения состоит в следующем: сначала настраивают контур в резонанс с некоторой образцовой емкостью СО, затем замещают СО
искомой емкостью СХ и вновь настраивают контур в резонанс.

         Для измерения малых емкостей методом замещения составляется схема, изображенная на рисунке 3.4.7, а.

         При отключенной СХ
контур настраивается в резонанс измерением СО и в момент резонанса отсчитывается СО. Затем подключают СХ и изменением СО

Рисунок 3.4.7

вновь настраивают контур в резонанс. Отсчитывается СО¢¢. Тогда СХ = СО¢-СО¢¢, и паразитные емкости не влияют на результат измерения.

         Для измерения больших емкостей применяется последовательное включение исследуемого конденсатора с образцовым (рисунок 3.4.7, б). Если контур без измеряемого конденсатора настраивается в резонанс при значении емкости образцового конденсатора СО¢, а при включении измеряемого конденсатора емкость образцового конденсатора должна быть увеличена до СО¢¢, то значение емкости измеряемого конденсатора определяется из выражения СХ=СО¢×СО¢¢!(СО¢¢-СО¢). Аналогичные схемы могут применяться и при измерении индуктивности. При этом погрешность измерения возрастает из-за паразитной связи между измеряемой катушкой и катушкой контура.

Поможем написать любую работу на аналогичную
тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему
учебному проекту

Узнать стоимость

Резонансный метод измерения емкости — Энциклопедия по машиностроению XXL







Заметим, что резонансные методы измерения емкости могут обеспечить небольшую погрешность измерений Сх лишь при относительно малом tg 6. Если tg 6 значителен, это влечет за собой дополнительное изменение частоты. Влияние tg б испытуемого образца на частоту характеризуется следующей зависимостью  [c.380]

Генераторные резонансные методы. Генераторные резонансные методы подразделяются, в свою очередь, на методы измерений емкости и методы измерений tg б.  [c.84]










Генераторные резонансные методы подразделяются, в свою очередь, на методы измерения емкости С и методы измерения tg б.  [c.380]

Ко второй группе установок, предназначенных только для измерения емкости относится прибор типа ИЕ, основанный на резонансном методе. Измерения в приборе ИЕ-2 производятся при частоте 465 кгц. Генератор высокой частоты (лампа /, рис. 4-11) содержит колебательный контур, состоящий из индуктивности I, переменной емкости g и изменяемой ступенями емкости i (четыре постоянных конденсатора по 200 пф). Параллельно контуру присоединяют испытуемый образец С , при этом частота генератора изменяется. Для получения первоначальной частоты уменьшают емкость переменного конденсатора. Для точной установки частоты генератора используется второй генера- тор — гетеродин с фиксированной постоянной частотой 465 кгц (лампа 4). Разность частот генератора и гетеродина определяется при настройке вначале при помощи телефона 6, а затем более 100  [c.100]

К ЭТОЙ же группе установок для измерения только емкости относится прибор Е12-1 (ИИЕВ-1), основанный на резонансном методе измерений. Момент резонанса устанавливается также по нулевым биениям. Измерение емкостей выполняется на частотах 300. . . 700 кгц в пределах от 1 до 5000 пф практически образцы имеют емкость не менее 30 пф погрешность измерения емкости при С > 10 пф составляет (0,005 С . + 0,4) пф. Отличительная особенность этого прибора состоит в использовании стрелочного индикатора настройки (микроамперметра), включенного через усилитель и фильтр нижних частот. Для первоначальной, грубой настройки на нулевые биения служит телефон.[c.102]

Прибор типа ИЕ-2. Прибор позволяет измерять только емкость образца при частоте 465 кгц в пределах 0,2 — 1 ООО пф. В приборе использован резонансный метод измерения. Испытываемый конденсатор присоединяется параллельно емкости контура генератора, частота которого при этом изменяется. Эта частота сравнивается с фиксированной частотой вспомогательного генератора разность этих частот (биения) обнаруживают при помощи электроннолучевой трубки или телефона. Уменьшая переменную емкость в контуре основного генератора, добиваются уменьшения разности частот до нуля.  [c.40]

Для измерения емкости конденсатора был применен прибор типа Е12-1, работающий по резонансному методу с индикацией момента резонанса по нулевым биениям.  [c.239]

В диапазоне частот (0,3-Ю) МГц допускается определение волнового сопротивления резонансным методом. Этот метод основан на измерении частоты при резонансе измеряемой цепи кабеля. Резонанс фиксируется по минимуму показаний вольтметра на входе разомкнутой или короткозамкнутой цепи. Волновое сопротивление рассчитывается по результатам измерений резонансной частоты и емкости. Схема установки приведена на рис. 6.66. Используя генератор, устанавливают ориентировочную резонансную частоту f, МГц. рассчитанную по формуле  [c.324]










Методы и средства измерений С и tg 6. Измерение емкости н tg б на частотах свыше 400 Гц выполняют мостовым или резонансным методом. Выбор метода зависит прежде всего от частоты на частотах до нескольких мегагерц применяют емкостные мосты, на частотах от 500 кГц до 30 МГц — параллельные Т-образные схемы, имеющие резонансные характеристики, на частотах от нескольких десятков килогерц до нескольких сотен мегагерц— резонансные методы.  [c.377]

Резонансные схемы с сосредоточенными параметрами (содержащие катушки индуктивности, конденсаторы и резисторы) применяются для измерения С и tg б в диапазоне частот от нескольких десятков килогерц до примерно 00 МГц. Различают контурные и генераторные резонансные методы. При использовании контурных резонансных методов определение С и tg б производят путем вариации реактивной проводимости или частоты. Изменение (вариация) реактивной проводимости осуществляется обычно изменением емкости колебательного контура. В схеме используется высокочастотный генератор с фиксированной частотой. С ним слабо связан измерительный колебательный контур, содержащий индуктивность и переменный конденсатор (рис.  [c.379]










Рис. 4-6. а — Принципиальная резонансная схема для измерения емкости и tg б по методу вариации частоты б — резонансные кривые без образца ) и с образцом- (2) в — эквивалентная схема контура без образца г — то же, но с образцом.  [c.87]

Измерения емкости и тангенса угла потерь диэлектриков при радиочастотах могут выполняться мостовыми методами (в нижней части диапазона радиочастот) и резонансными методами.[c.57]

Для измерения емкости, кроме того, может применяться метод биений, а для измерения потерь — методы калориметра и ваттметра, а также косвенные методы (используемые, например, в приборах ИПП). По мере повышения частоты применение мостовых методов становится все более трудным из-за влияния паразитных связей как между элементами схемы, так и между элементами и корпусом. Поэтому в практике испытаний получили распространение в первую очередь резонансные методы, а также некоторые косвенные методы.  [c.57]

Для измерения параметров ЭЭС пьезоэлектрических резонаторов, т. е. Резонансной частоты, динамической индуктивности а или динамической емкости Са, последовательного эквивалентного сопротивления Ла и добротности 2а используют различные резонансные методы. При этом измерения проводятся вблизи соответствующего Л-го резонанса. Измерение статической емкости осуществляется на частоте, удаленной от частоты резонанса настолько, насколько это возможно, чаще всего на частоте 1 кГц. При использовании резонансных методов пьезоэлектрические резонаторы Включают в схему соответствующего передаточного звена [101] нли в мо-  [c.165]

Напряжение, подводимое к мосту от звукового генератора, обычно не превышает 10—20 в. Поэтому определение е и tg б можно производить лишь в слабых полях. Если требуется проводить измерения в сильных полях (например, испытания сегнето-электри-ков, бумажной пропитанной изоляции), то можно применить резонансный мост (рис. 3-5). Первоначально при включенном образце j (Ro и не включены) производят настройку в резонанс изменением емкости С по максимуму показаний электронного вольтметра V. Напряжение на образце можно получить до 1000 в. В момент резонанса это плечо имеет чисто активное сопротивление и поэтому можно теперь уравновесить мост изменением R no минимуму индикатора равновесия в диагонали. Параметры образца находят по методу замещения для этого включают вместо образца (не меняя С, R и частоты со) цепочку, состоящую из образцовых конденсатора С и сопротивления / величины С и Rg изменяют так, чтобы восстановить резонанс.[c.60]

Измерения е и 10 б при высоких частотах в основном производят двумя методами — мостовыми и резонансными. Ввиду сильного влияния паразитных параметров (дополнительных емкостей, индуктивностей и сопротивлений) стремятся, как правило, проводить измерения дважды с образцом и без образца с тем, чтобы исключить по возможности влияние указанных параметров. При высоких частотах мостовые схемы могут быть применены при условии тщательного экранирования и предварительного уравновешивания моста с целью устранения влияния паразитных емкостей элементов моста и их собственных индуктивностей.  [c.79]

К преимуществам метода вариации проводимости относится то, что в формулы не входит частота и, следовательно, не требуется ее измерения или стабилизации. Путем тщательного выполнения схемы и использования в ней эталонных высокочастотных элементов можно осуществить измерения с погрешностью, не выше допустимой. Резонансные контурные методы вариации частоты и реактивной проводимости используются в измерителях добротности — куметрах. Заметим, что резонансные методы измерений емкости могут обеспечить небольшую погрешность измерения лишь при относительно малом tg б. Если тангенс угла потерь значителен, это влечет за собой дополнительное изменение частоты. Влияние 4 б испытуемого образца на частоту характеризуется следующей зависимостью  [c.84]

Резонансные цепи с сосредоточенными нapaмeтpa fн (содержащие катушки индуктивности, конденсаторы и резисторы) применяются в диапазоне частот от нескольких десятков килогерц до примерно 200 МГц. Физические явления в резонаненых контурах широко используются для измерения емкости и тангенса угла потерь. Различают контурные и генераторные резонансные методы (рис. 4-10).  [c.78]

К приборам, основанным на резонансных методах, относятся куметры — измерители добротности. Для определения С и 10 6х диэлектрика в них используется принцип вариации реактивной проводимости. С генератором Г высокой частоты индуктивно связан контур, который состоит из катушки связи, сменной катушки индуктивности (Ь, Я ) и конденсатора переменной емкости С параллельно конденсатору включен электронный вольтметр, шкала которого проградуирована в единицах добротности параллельно, кроме того, к зажимам может присоединяться испытуемый конденсатор (рис. 4-8, а). Конденсатор переменной емкости практически не имеет потерь, поэтому сопротивление контура без образца равняется сопротивлению Катушка связи нагружена на безреактивное сопротивление / д, величина которого весьма мала по сравнению с сопротивлением контура Я поэтому можно считать, что весь ток, измеряемый миллиамперметром, практически идет через сопротивление Я . Подводимое напряжение, которое равно напряжению на сопротивлении при измерениях не должно меняться. С этой целью поддерживается один и тот же ток в цепи катушки связи величина тока контролируется термомиллиамперметром (рис. 4-7), а в некоторых схемах — с помощью вспомогательного вольтметра. Иногда напряжение вводится в контур индуктивным путем  [c.92]

Во ВНИИКП разработана установка для измерения погонной емкости проводов и кабелей в процессе опрессования. Она состоит из ванны, приборной стойки и измерителя погонной емкости. Действие прибора основано на резонансном методе. Установка показывает отклонение от номинальных значений погонной емкости в пределах 10—500 пФ/м с точностью 0,005 пФ/м.[c.183]

Измерения соответствующих величин емкостей на низких частотах 1000 и 4800 ец производились на установке типа У-592 произ-лзводства завода Киевприбор , а на высоких частотах — резонансным методом.  [c.10]

Резонансный метод применяют главным образом при измерениях параметров нелинейного диэлектрика при высоких частотах. Для этой цели могут быть использованы куметр, прибор ИЕ2 и др. Резонанса достигают на основной частоте. Напряжение на образце иеобходимо контролировать электронным вольтметром необходимо также контролировать температуру образца. Поскольку от величины напряжения зависят емкость и tg образца, необходимо при измерениях поддерживать одно и то же напряжение, для чего приходится применять автономный генератор высокой частоты с регулируемым напряжением на выходе.  [c.54]

Виброчастотный метод измерения основан на принципе возникновения колебательных процессов в динамических системах, содержащих инерционный элемент, способный накапливать энергию (индукгавность, массу), и элемент, накапливающий потенциальную энергаю (емкость, пружину). В данных преобразователях упругай чувствительный элемент, например тонкостенная труба или натянутая струна, включается в резонансный контур. Колебания упругого элемента на резонансной частоте определяют частоту колебаний контура. Изменение резонансной частоты упругого элемента, а следовательно, и контура под влиянием изменения давления есть мера измеряемого давления.  [c.98]

Измерение диэлектрической проницаемости. Обычный метод измерения диэлектрической проницаемости вещества основан на сравнении емкости С конденсатора, заполненного веществом, с емкостью С пустого конденсатора. Отношение С»1С как раз и равно диэлектрической проницаемости е. В принципе определение величины емкости можно свести к нахождению произведения ЬС резонансного контура (схема которого приведенз на рис. 13.11). На этой схеме — калиброванный переменный конденсатор, а С — конденсатор, в который можно поместить, образец диэлектрика. Изменяя емкость калиброванного кортден-сатора так, чтобы добиться резонанса, имеющего место при частоте (Оо = [ (С . + С)] (при введенном во второй конденсатор образце), затем (при вынутом образце) доводя Св Д величины, отвечающей той же резонансной частоте соо. и приравнивая правые части выражений для ыо, легко найти С и С», а, следовательно, и е.  [c.478]

Метод вариации реактивной проводимости осуществляется в основном путем изменения емкости колебательного контура. Напряжение на параллельном колебательном контуре (рис. 4-5, а) при изменении реактивной проводимости (обычно емкости) контура переходит через максимум, а затем уменьшается. Если по оси абсцисс откладывать емкость проградуированного образцового конденсатора С и снимать зависимость и (Со), т. е. резонансную кривую, один раз контура без образца и второй раз с образцом, то во втором случае (рис. 4-5, б) максимум получается более тупой и сдвинутый влево, так как для получения разонанса при той же частоте колебаний приходится уменьшить емкость образцового конденсатора на величину емкости образца. Для измерения напряжения на контуре удобно применить ламповый вольтметр, градуированный в действующих значениях напряжения (при синусоидальной форме кривой). Для определения е й 10 б образца достаточно настроить контур без образца в резонанс, определив соответствующую емкость Сх (рис. 4-5, б) образцового конденсатора и наибольшее напряжение на контуре 17 изменением емкости в ту и другую сторону от точки резонанса следует найти величину ДСх, соответствующую уменьшению напряжения до 6 83  [c.83]

Для измерения 6 и предложен ряд методов. Соответствующие схемы приводят, например, Хигнер [821] и Беккер [213] (см. также п. 2 настоящего параграфа). Предложенный Беккером метод сравнения основан на том, что на резонансной частоте колеблющийся кристалл представляет собой емкость с потерями. При измерении этим методом кварц подключают параллельно переменному конденсатору колебательного контура, который индуктивно связывают с ламповым генератором и, настроив схему в резонанс, при помощи электрометра или лампового вольтметра измеряют переменное напряжение на кварце. Далее, при помощи переключателя вместо кристалла в схему включается небольшая переменная емкость, параллельно которой включено безъемкостное и безиндукцион-ное омическое сопротивление. Включив эту вспомогательную емкость, изменяют ее величину, вновь добиваясь настройки в резонанс (по максимуму отклонения электрометра или вольтметра), после чего изменением сопротивления устанавливают такое же показание прибора, которое имелось при включенном кварце. Величина сопротивления равна теперь искомому значению  [c.126]


Резонансный метод — измерение — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 3

Резонансный метод — измерение

Cтраница 3

Существует большое количество разновидностей мостовых и резонансных методов измерения диэлектрической проницаемости.
 [31]

Широко применяемый1 в радиотехнической метрике резонансный метод измерения емкостей, в применении к ламповым измерениям имеет ряд недостатков. Для измерения методом эквивалентного треугольника одной из частичных емкостей триода необходимо произвести измерение всех трех емкостей и затем расчетным путем определить искомую емкость. Это измерение весьма трудоемко и, кроме того, имеет значительные погрешности.
 [33]

О В чем состоит принцип резонансного метода измерения элементарного заряда.
 [34]

Принцип действия прибора основан на резонансном методе измерения емкости на фиксированной частоте с индикацией резонанса гетеродинным способом — по частоте биений ( см. стр. В приборе имеются два генератора высокой частоты, собранные но одинаковой схеме.
 [35]

Для этой цели может быть использован резонансный метод измерения tg В при высоком напряжении, основанный на вариации активного сопротивления; роль переменного регулируемого сопротивления играет электронная лампа Л2 ( фиг.
 [36]

В радиотехнической измерительной технике широко применяется резонансный метод измерения комплексных сопротивлений. Измеряемое сопротивление приключается параллельно или последовательно к резонансному контуру, настроенному на определенную частоту. Затем, после подключения сопротивления, контур вновь настраивается на первоначальную частоту посредством изменения емкости подстроечного конденсатора.
 [37]

Воронков и Д.Е. Громзин [123] предложили интересный вариант резонансного метода измерения напряженности импульсных магнитных полей, в котором используется как ферромагнитный ( ФМР), так и антиферромагнитный ( АФМР) резонанс.
 [38]

Метод биений обычно считают наиболее чувствительным и точным из резонансных методов измерения частот, малых емкостей и индуктивностей; в этом методе принцип сравнения осуществляется не в контуре, содержащем датчик, а в са-мой — измерительной схеме, преобразующей изменения емкости в частоту биений.
 [39]

Принцип работы прибора основан, как и предыдущих сигнализаторов, на резонансном методе измерения уровня. Объединение датчика и электронного блока в одну конструкцию позволяет устанавливать силовой блок прибора на расстоянии от датчика, ограничиваемом лишь сопротивлением соединительных проводов.
 [41]

Для измерения электрических колебаний в диапазоне высоких и сверхвысоких частот применяются частотомеры, использующие резонансный метод измерения.
 [43]

К этой же группе установок для измерения только емкости относится прибор Е12 — 1 ( ИИЕВ-1), основанный на резонансном методе измерений. Момент резонанса устанавливается также по нулевым биениям.
 [45]

Страницы:  

   1

   2

   3

   4




4.5. Резонансный метод

Резонансный метод является высокочастотным
и основан на ис­пользовании электрического
резонанса в колебательной системе. На
низких частотах колебательные системы
с достаточно высокой добротностью
создать трудно, поэтому невозможна
точная фикса­ция момента настройки
контура в резонанс. Кроме того, габариты
колебательной системы на низких частотах
непомерно увеличива­ются.

Резонансный метод положен
в основу работы куметров
(
Q
ха­рактеристика
добротности катушек индуктивности,
контуров, конден­саторов). Функциональная
схема куметра представлена на рис. 4.14.

Рис. 4.14. Функциональная схема куметра

Прибор состоит из ГВЧ,
измерительного контура

,
индикатора резонанса

и вольтметра

,
контролирующего величину входно­го
напряжения. Генератор и индикатор

слабо связаны с измери­тельным
контуром, чтобы вносимые ими сопротивления
не влияли на параметры контура. Для
этого генератор и индикатор

соединяются с контуром через емкостные
делители напряжения C1,
С2. В качестве индикатора резонанса
используется электронный воль­тметр
типа Д — У или электромеханический
индикатор выпрями­тельной системы.

Методика измерения заключается
в определении резонансной ча­стоты
измерительного контура, состоящего из
измеряемого элемента (катушки индуктивности

)
и образцового элемента (конденсатора

).
Значение

(или
)
вычисляется по формуле
Томпсона:

При измерении индуктивности
катушки ее подключают к зажимам 1—2. При
этом измерительный контур образован
катушкой

,
с актив­ными потерями
,
межвитковой емкостью
се проводов CL
и перестра­иваемой
образцовой емкостью

.
Резонанс в контуре на заданной ча­стоте
достигается изменением емкости

образцового конденсатора. Момент
резонанса контура определяется по
индикатору

.
Значение

определяется косвенно но расчетной
формуле

С помощью приведенной схемы
куметра можно определять пара­метры
С,
Q,
tg

и R,
подключая измеряемый
конденсатор или резистор к зажимам 3—4:

(4. 24)

При измерении

контур составляется из образцовой
катушки

и измерительного конденсатора

.

Измерение добротности
Q
можно выполнять
методом вольтметров или методом
расстройки частоты.

Метод вольтметров состоит
в следующем. В контур вводится напряжение

известного значения. В момент резонанса
измеряется напряжение


на контуре. Поскольку

больше в Q
раз, то

при

(4.26)

При постоянстве входного
напряжения вольтметр

можно граду­ировать в единицах
добротности. Следовательно, этот метод
является прямым. Диапазон измерения
регулируется изменением подводимого
к контуру напряжения

.

Метод расстройки частоты
(косвенный) состоит
в следующем. Контур настраивают в
резонанс на частоту

(рис. 4.15), при этом фик­сируется
максимальное показание индикатора
резонанса по

.
За­тем контур расстраивают до частот

и

от резонансной до значения 0,7
,
тогда

(4.27)

Рис. 4.15. Резонансная кривая
мри измерении добротности
метолом расстройки частоты

К достоинствам куметров
относится необходимость проведения
измерений на рабочих частотах и измерения
большого количества па­раметров; к
недостаткам — трудоемкость измерений,
большая погреш­ность измерения
(1…5%), причинами которой являются
нестабиль­ность напряжения и частоты
ГВЧ, неточность градуировки шкалы
образцового конденсатора

,
погрешность приборов

и

,
погреш­ность считывания показаний.

Контрольные вопросы

1. Перечислите достоинства аналоговых
мостов.

2. Перечислите недостатки аналоговых
мостов.

3. Какие методы измерения параметров
цепей относятся к низкоча­стотным?

4. Какие методы измерения параметров
цепей относятся к высоко­частотным?

5. Сколько условий равновесия необходимо
выполнить при измере­нии сопротивления
резисторов мостовым методом?

6. Сколько условий равновесия необходимо
выполнить при измере­нии емкости
конденсаторов мостовым методом?

7. Почему нельзя использовать
мостовой метод на высоких часто­тах?

8. Какой принцип положен в основу
мостового метода?

9. Где применяют метод V—А
при измерении параметров R,
L,
С.

10. На каких частотах используется
резонансный метод?

11. Какая формула положена
в основу измерения L,
С
резонансным методом?

12. Индикатор какого типа используется
в аналоговых мостах посто­янного и
переменного тока?

13. Индикатор какого типа используется
в аналоговых измерителях добротности?

14. От чего зависит погрешность измерения
параметров мостовым ме­тодом?

15. Какую погрешность измерения параметров
дает резонансный ме­тод?

2-8 Измерение емкости конденсатора методом резонанса

МИНИСТЕРСТВО
ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ
БЕЛАРУСЬ

Кафедра физики

Лабораторная работа
№ 2-8

Измерение
емкости конденсатора методом резонанса.

Выполнил студент гр. Э-13

Колесников П.М.

Принял
преподаватель

Курбатова Л.М.

г. Гомель,
2002

Лабораторная
работа № 2-8

Измерение
емкости конденсатора методом резонанса.

Цель работы: Изучить закон Ома для
цепей переменного тока при параллельном
соединении реактивных и активных
сопротивлений и явление резонанса тока.

Приборы и принадлежности: генератор
переменной ЭДС, частотомер, катушка
индуктивности, набор конденсаторов,
осциллограф, соединительные провода и
кабели.

Теоретическая
часть

Резонансные
методы измерений являются наиболее
простыми и универсальными т.к. позволяют
сравнивать с эталонами как индуктивности,
так и емкости. Для получения количественных
соотношений, нужно использовать закон
Ома для цепи переменного тока с
параллельным соединением различных
элементов: R, C,
L. Построим векторную
диаграмму тока и напряжения для цепи,
в которой к источнику переменной ЭДС
параллельно подключены R,
L ,C.
Поскольку при параллельном соединении
сопротивлений напряжение на них одинаково
по величине и направлению, то это
напряжение совмещается с осью проекций
!!!

Разные по
величине и направлению будут соответствующие
токи IL
IC
IR.
Поскольку по фазе активный ток совпадает
с напряжением на сопротивлении R,
то вектор IR направлен
по направлению напряжений VR=VL=VC.
Емкостной ток IC по
фазе па П/2 опережает напряжение VC
на конденсаторе, а ток катушки индуктивности
IL отстает от напряжения
на индуктивности по фазе П/2. На рис.
показана векторная диаграмма для случая
когда IC>IL,
поэтому эти токи противоположны по фазе
и результирующий ток равен их разности,
и направлен в сторону большего тока.
Прибавляя к этому вектору еще и ток IR,
получим результирующий ток всей цепи
I, величина которого
определяется по теореме Пифагора:

Выразив ток по закону
Ома для однородного участка цепи (не
одержащего ЭДС), получим:

Из этого
закона Ома следует, что полное сопротивление
цепи при параллельном соединении разных
по природе сопротивлений выражается
формулой:

Согласно
формуле закона Ома минимальный ток от
источника будет при условии что IL=IC
и при этом же условии напряжение на
параллельной группе будет максимальным.
Поэтому реактивные токи катушки и
конденсатора будут максимальными и
могут существенно превосходить ток
источника. Это явление резкого увеличения
амплитуды реактивных токов в цепи
параллельно включенных катушек и
конденсаторов, при совпадении частоты
источника с резонансной частотой контура
определяется из условия:

называется резонансом тока.

Ход работы.

  1. Включаем
    все приборы в сеть, изменяя частоту от
    200 кГц до 20 кГц находим значение резонанса,
    нажав кнопку счет на частотомере
    измеряем значение частоты все полученные
    данные вносим в таблицу (R1=8,2(Ом),
    R2=15(Ом),
    К=0,01
    ):

R

число
измерений

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Rкат

65

55

50

40

35

30

25

20

15

10

5,66

5,49

5,40

5,32

5,21

5,11

4,92

4,68

4,24

2,92

Rк+R1

60

55

50

40

35

30

25

20

15

10

5,50

5,47

5,38

5,26

5,17

5,06

4,84

4,71

4,13

2,64

Rк+R2

55

50

45

40

35

30

25

20

15

10

5,43

5,32

5,25

5,20

5,10

5,00

4,80

4,65

4,10

2,60

  1. Строим
    график зависимости
    ,
    ():

Вывод: Изучили явление резонанса
тока.

4

Измерение частоты, индуктивности и ёмкости в электрических цепях

Измерение частоты, индуктивности и ёмкости в электрических цепях.

Измерение индуктивности и ёмкости.

Обычно измерение параметров линейных компонентов (ин­дуктивности и емкости) производят на высокой частоте резо­нансным методом. Он основан на том, что зависимость резо­нансной частоты колебательного контура от его параметров оп­ределяется формулой fo = 1/(2πx LC).

Определив резонансную частоту контура и зная значение эта­лонного компонента (конденсатора или индуктивности), можно определить значение другого.

Рис. 9.10. Измерение фазовых сдвигов:

А — двухканальным осциллографом; б — методом эллипса; в — компенса­ционным методом

Приборы для таких измерений получили название куметров, так как они позволяют определять добротность колебательного контура Q, которая равна отношению напряжения на конденса­торе к напряжению на входе контура.

Куметр включает генера­тор высокой частоты, образ­цовый градуированный в зна­чениях емкости конденсатор и клеммы подключения изме­ряемой катушки индуктивности

или конденсатора. Для измерения индуктивности ка­тушки Lx ее подключают к выводам кат и настройкой генератора высокой частоты добиваются явления последовательного резо­нанса. Его находят по показанию электронного вольтметра, под­ключенного к эталонному конденсатору. Фор­мула LX = 1 / (4π2 · F · C0) где F — частота, C0 — ёмкость образцового конденсатора, позволяет по известным значениям емкости эталонного конденсатора и резонансной частоте определить величину индук­тивности катушки. Напряжение высокочастотного сигнала гене­ратора обычно фиксировано, что позволяет шкалу измерительно­го электронного вольтметра отградуировать непосредственно в значениях добротности Q.

Для измерения емкости конденсатор подключают к выводам схемы конденсатора, а к выводам кат эталонную катушку индуктивности. При вычислении емкости конденсатора необходимо учесть, что параллельно ему подключен эталонный конденсатор, величину емкости которого необходимо вычесть из полученного значения суммарной емкости. Указанные методы измерения значений емкости и индуктивности применимы толь­ко для малых величин, но именно такие методы используются в высокочастотных цепях различной аппаратуры.

Приборы непосредственной оценки и сравнения

К измерительным приборам непосредственной оценки значения измеряемой емкости относятся микрофарадметры, действие которых базируется на зависимости тока или напряжения в цепи переменного тока от значения включенной в нее измеряемой емкости. Значение емкости определяют по шкале стрелочного измерителя.

Более широко для измерения параметров конденсаторов и индуктивностей применяют уравновешенные мосты переменного тока, позволяющие получить малую погрешность измерения (до 1 %). Питание моста осуществляется от генераторов, работающих на фиксированной частоте 400—1000 Гц. В качестве индикаторов применяют выпрямительные или электронные милливольтметры, а также осциллографические индикаторы.

Измерение производят балансированием моста в результате попеременной подстройки двух его плеч. Отсчет показаний берется по лимбам рукояток тех плеч, которыми сбалансирован мост.

В качестве примера рассмотрим измерительные мосты, являющиеся основой измерителя индуктивности ЕЗ-3 (рис. 1) и измерителя емкости Е8-3 (рис. 2).

Рис. 1. Схема моста для измерения индуктивности

Рис. 2. Схема моста для измерения емкости с малыми (а) и большими (б) потерями

При балансе моста (рис. 1) индуктивность катушки и ее добротность определяют по формулам Lx = R1R2C2; Qx = wR1C1.

При балансе мостов (рис. 2) измеряемая емкость и сопротивление потерь определяют по формулам

Измерение емкости и индуктивности методом амперметра-вольметра

Для измерения малых емкостей (не более 0,01 — 0,05 мкФ) и высокочастотных катушек индуктивности в диапазоне их рабочих частот широко используют резонансные методы Резонансная схема обычно включает в себя генератор высокой частоты, индуктивно или через емкость связанный с измерительным LС-контуром. В качестве индикаторов резонанса применяют чувствительные высокочастотные приборы, реагирующие на ток или напряжение.

Методом амперметра-вольтметра измеряют сравнительно большие емкости и индуктивности при питании измерительной схемы от источника низкой частоты 50 — 1000 Гц. Для измерения можно воспользоваться схемами рис. 3.

Рисунок 3. Схемы измерения больших (а) и малых (б) сопротивлений переменному току

По показаниям приборов полное сопротивление

где

из этих выражений можно определить

Когда можно пренебречь активными потерями в конденсаторе или катушке индуктивности, используют схему рис. 4. В этом случае

Рис. 4. Схемы измерения больших (а) и малых (б) сопротивлений методом амперметра — вольтметра

Измерение взаимной индуктивности двух катушек

Измерение взаимной индуктивности двух катушек можно произвести по методу амперметра-вольтметра (рис. 5) и методу последовательно соединенных катушек.

Рис. 5. Измерение взаимной индуктивности по методу амперметра-вольтметра

Значение взаимной индуктивности при измерении по методу амперметра-вольтметра

При измерении по второму методу замеряют индуктивности двух последовательно соединенных катушек при согласном LI и встречном LII включении катушек. Взаимоиндуктивность вычисляется по формуле

 

Измерение индуктивности может быть произведено одним из описанных ранее методов.

Измерение частоты переменного тока

Частоту переменного тока измеряют частотомерами. Обычно применяют резонансные электромагнитные или ферродинамические приборы.

Электромагнитный резонансный частотомер имеет электромагнит 2 (рис. 344, а), в поле которого расположены стальной якорь 1 и соединенный с ним стальной брусок 5. Этот брусок укреплен на упругих пружинах 4 и на нем размещен ряд гибких стальных пластинок 3, площадь поперечного сечения которых подобрана таким образом, что каждая следующая пластинка имеет частоту собственных колебаний на 0,5 Гц больше, чем предыдущая.

Рис. 344. Устройство электромагнитного резонансного частотомера

Рис. 345. Принципиальная схема ферродинамического частотомера .

Свободные концы пластинок введены в прорезь, имеющуюся на шкале прибора. Катушка электромагнита присоединена к сети переменного тока так же, как и катушка вольтметра.

При прохождении по катушке переменного тока электромагнит создает магнитное поле, пульсирующее с частотой изменения тока. Находящийся в этом поле якорь 1 также начнет совершать колебательные движения и вызывать колебания связанных с ним пластинок 3.

Колебания пластинок обычно бывают настолько незначительными, что они не могут быть замечены глазом.

Однако, если частота собственных колебаний какой-либо пластинки совпадает с частотой изменения переменного тока, т. е. с частотой колебаний якоря, то наступит явление механического резонанса, при котором эта пластинка начнет колебаться с большой амплитудой. Белый квадратик на ее конце превращается при этом в белую полоску (рис. 344,б), против которой по шкале можно отсчитывать измеряемую частоту. Значительно слабее колеблются две пластинки, колебания же всех остальных пластинок обычно совершенно незаметны для глаза.

Ферродинамический частотомер (рис. 345) представляет собой логометр ферродинамической системы. Катушки логометра соединяются в две параллельные цепи, которые подключаются к двум точкам а и б, между которыми действует напряжение переменного тока U (так же, как и вольтметры). Последовательно с неподвижной 3 и одной из подвижных 1 катушек включены катушка индуктивности L и конденсатор С, а последовательно с другой подвижной катушкой 2 — резистор с сопротивлением R (могут быть и другие комбинации R, L и С). Поэтому ток I1 в первой параллельной ветви зависит от частоты f, а ток I2 во второй цепи не зависит от f.

В результате при изменении частоты f будут изменяться ток I1 и положение подвижной части логометра до тех пор, пока не наступит равновесие моментов М1 и М2, создаваемых его катушками. Показания такого прибора будут зависеть от частоты f.

Непосредственное измерение частоты производят частотомерами, в основу которых положены различные методы измерения в зависимости от диапазона измеряемых частот и требуемой точности измерения. Наиболее распространенными методами измерения частоты являются:

Метод перезаряда конденсатора за каждый период измеряемой частоты. Среднее значение тока перезаряда пропорционально частоте и измеряется магнитоэлектрическим амперметром, шкала которого проградуирована в единицах частоты. Выпускают конденсаторные частотомеры с пределом измерения 10 Гц — 1 МГц и погрешностью измерения +2%.

Резонансный метод, основанный на явлении электрического резонанса в контуре с подстраиваемыми элементами в резонанс с измеряемой частотой. Измеряемая частота определяется по шкале механизма подстройки. Метод применяется на частотах более 50 кГц. Погрешность измерения можно уменьшить до сотых долей процента.

Метод сравнения измеряемой частоты с эталонной. Электрические колебания неизвестной и образцовой частот смешиваются таким образом, чтобы возникли биения некоторой частоты. При частоте биений, равной нулю, измеряемая частота равна образцовой. Смешение частот осуществляют гетеродинным способом (способ нулевых биений) или осциллографическим.

При последнем способе применяют осциллограф с отключенным генератором внутренней развертки. Напряжение образцовой частоты подают на вход усилителя горизонтальной развертки, а напряжение неизвестной частоты — на вход усилителя вертикального отклонения.

Изменяя образцовую частоту, получают неподвижную или медленно меняющуюся фигуру Лиссажу. Форма фигуры зависит от соотношения частот, амплитуд и фазового сдвига между напряжениями, подаваемыми на отклоняющие пластины осциллографа.

Если мысленно пересечь фигуру по вертикали и горизонтали, то отношение числа пересечений по вертикали m к числу пересечений по горизонтали n равно при неподвижной фигуре отношению измеряемой fх и образцовой fобр частот.

При равенстве частот фигура представляет собой наклонную прямую, эллипс или окружность.

Частота вращения фигуры будет точно соответствовать разности df между частотами fx’ и fx, где fx’ = fобр (m / n) и, следовательно, fx = fобр (m / n) + df. Точность способа определяется в основном погрешностью задания образцовой частоты и определения величины df.

Другой способ измерения частоты методом сравнения — с использованием осциллографа, имеющего калиброванное значение длительности развертки либо встроенный генератор калиброванных меток.

Зная длительность развертки осциллографа, и подсчитав, сколько периодов измеряемой частоты укладывается на выбранной длине центрального участка экрана осциллографа, имеющего наиболее линейную развертку, можно легко определить частоту. Если в осциллографе имеются калибрационные метки, то, зная временной интервал между метками и подсчитав их число на один или несколько периодов измеряемой частоты, определяют длительность периода.

Другим способом является подсчет периодов сигнала измеряемой частоты за фиксированное время, например, за 1 секунду.

Практическая работа № 10
DOC / 30.5 Кб

Использование измерителя погружения для измерения емкости »Электроника

Одно из многих полезных измерений, которые может выполнить измеритель падения сетки или осциллятор падения сетки, — это измерение емкости конденсатора.


Dip Meter Tutorial Включает:
Dip meter / основы GDO
Как использовать измеритель угла падения / GDO
Использование GDO для измерения индуктивности
Использование GDO для измерения емкости
Резонансная частота измерительной антенны
Электрическая длина измерительного фидера


Хотя номиналы конденсаторов обычно маркируются на конденсаторах, иногда бывают случаи, когда это может быть не видно, или когда значение ставится под сомнение.

В этих случаях можно использовать измеритель угла наклона сетки для измерения емкости конденсатора в сочетании с известной катушкой индуктивности.

Хотя индукторы не всегда легко достать, могут быть случаи, когда использование измерителя угла наклона сетки для измерения емкости может оказаться очень полезным.

Как измерить емкость с помощью измерителя угла наклона сетки / осциллятора

Метод, используемый для измерения емкости неизвестного конденсатора с помощью измерителя погружения сетки, относительно прост.Используемый метод, по сути, тот же, что использовался для определения значения неизвестного индуктора. Он включает в себя подключение известной катушки индуктивности параллельно с неизвестным конденсатором для создания параллельного резонансного контура.

При подключенной известной катушке индуктивности измеритель падения сетки или генератор провала сетки можно использовать обычным способом для определения резонансной частоты резонансного контура.

После того, как резонансная частота была найдена, можно довольно просто вычислить номинал конденсатора.Его можно найти по формуле:

С = 14Π2f2L

Где
π = 3,142
f = частота резонанса (т. Е. Точка максимального провала)
C = значение конденсатора в фарадах
L = значение индуктора в Генри

?

Предыдущая страница
Следующая страница

Другие темы тестирования:
Анализатор сети передачи данных
Цифровой мультиметр
Частотомер
Осциллограф
Генераторы сигналов
Анализатор спектра
Измеритель LCR
Дип-метр, ГДО
Логический анализатор
Измеритель мощности RF
Генератор радиочастотных сигналов
Логический зонд
Тестирование и тестеры PAT
Рефлектометр во временной области
Векторный анализатор цепей
PXI
GPIB
Граничное сканирование / JTAG

Вернуться в меню тестирования.. .

Измерение индуктивности и эффективной емкости стандартного воздушного конденсатора

  • 1.

    Эффективная емкость стандартных воздушных конденсаторов из-за их самоиндукции, создаваемой их конструкцией, является возрастающей функцией частоты, определяемой формулой. (1).

  • 2.

    Индуктивность конденсаторов настолько мала, что на звуковых частотах их эффективная емкость практически равна их статической емкости.

  • 3.

    Ошибка в вычисленном значении эффективной емкости, не превышающая сотых долей процента на высоких частотах, может быть получена при условии, что индуктивность конденсатора известна с погрешностью 10% или выше [1], и поэтому необходимо только знать номинальную индуктивность конденсатора данного типа и его номинальную емкость, чтобы определить его эффективную емкость.Нет необходимости измерять индуктивность каждой модели.

  • 4.

    Погрешность частоты может быть уменьшена за счет подключения ближнего конца конденсатора.

  • 5.

    Индуктивность конденсаторов остается постоянной вплоть до резонансных частот конденсатора и поэтому при необходимости может быть измерена резонансным методом, в частности, с помощью Q-метра.

  • 6.

    Стандартные воздушные конденсаторы, как советских, так и зарубежных производителей, могут применяться в метрологической и испытательной практике для проверки рабочих конденсаторов, емкостных комплектов и аналогичных приборов до частот до нескольких мегагерц в зависимости от их номинальной емкости и допускаемой погрешности поверки. .

  • Микроволны101 | Математика конденсаторов

    Щелкните здесь, чтобы перейти на нашу главную страницу о конденсаторах

    Щелкните здесь, чтобы перейти к нашему калькулятору реактивного сопротивления

    Ниже приведен индекс нашего математического обсуждения конденсаторов:

    Емкостное реактивное сопротивление

    Емкость ЛЭП (отдельная страница)

    Фактор качества

    Параллельно-пластинчатая емкость

    Емкость листа

    Резонанс конденсатора

    Расчет емкости накопителя заряда (отдельная страница, новинка марта 2007 г.!

    Эффект ESR конденсатора (отдельная страница, новинка февраля 2009 года!)

    Емкостное реактивное сопротивление

    Воспользуйтесь нашим калькулятором реактивного сопротивления, если вам интересна эта тема!

    Емкостное реактивное сопротивление — это «воображаемое» полное сопротивление конденсатора, выраженное в омах.Обратите внимание на отрицательный знак, который означает, что на диаграмме Смита добавление последовательной емкости приводит к повороту коэффициента отражения против часовой стрелки. Это функция частоты.

    Эй, Билл Гейтс, прежде чем мы продолжим эту страницу, мы хотим сказать вам, что Microsoft Equation Editor 3.0 — отстой! Теперь давайте исправим эту формулу для более практичных единиц пикофарад и ГГц:

    Фактор качества

    Коэффициент качества — это мера того, насколько без потерь конденсатор:

    Обратите внимание, что по мере увеличения частоты коэффициент качества всегда ухудшается (уменьшается).Поместим уравнение в ГГц и пикофарады:

    Таким образом, конденсатор на 1 пФ и сопротивлением в одну десятую Ом будет иметь добротность 159 на частоте 10 ГГц. Коэффициент рассеяния является обратной величиной добротности:

    .

    Рассеивание того же конденсатора 1 пФ на частоте 10 ГГц составит 0,6%.

    Параллельно-пластинчатая емкость

    Известная формула для конденсаторов с параллельными пластинами «бесконечного размера» приведена ниже. Большинство конденсаторов с параллельными пластинами ведут себя почти идеально, поскольку их размеры (длина и ширина) намного больше, чем расстояние между пластинами.Обычно нет необходимости учитывать граничные поля, если вы не работаете с очень маленькими конденсаторами (возможно, менее 1 пикофарада).

    Это тот случай, когда микроволновая техника предпочитает метрическую систему, потому что диэлектрическая проницаемость свободного пространства всегда выражается в фарадах на метр, а не в фарадах на дюйм. Поскольку практические микроволновые схемы намного меньше метров и фарадов, мы перепишем формулу емкости, используя миллиметры и пикофарады:

    Емкость листа

    Листовая емкость — полезное упрощение формулы конденсатора, если вы всегда используете заданный диэлектрик и толщину для создания конденсаторов (например, на MMIC):

    Таким образом, если вы работаете с литейным предприятием MMIC, предлагающим 2000 Ангстремов (0.2 мкм) нитрид кремния (er = 7,5) для тонкопленочных конденсаторов, емкость листа:

    7,5 x 0,00885 / 0,0002 = 332 пФ / мм 2

    Если вы сконструируете конденсатор размером 100 х 100 микрон (0,1 х 0,1 мм), он будет иметь значение 3,3 пФ.

    Резонанс конденсатора

    Первый резонанс конденсатора — это последовательная резонансная частота. Что касается модели ниже, это частота, при которой емкостное реактивное сопротивление и индуктивное реактивное сопротивление из-за L S отменяются.

    Последовательная резонансная частота (SRF)
    Частота, при которой последовательная индуктивность конденсатора равна, но противоположна его емкости. Щелкните здесь для объяснения последовательного резонанса на нашей странице фильтров. Здесь конденсатор ведет себя как резистор низкого номинала (равный значению ESR).

    Большинство производителей конденсаторов указывают последовательную резонансную частоту, а не индуктивность L S . Чтобы определить L S в нано-Генри, используйте следующее уравнение (исправлено 3 февраля 2006 г.!):

    Параллельная резонансная частота (PRF)
    Обычно это происходит на двойной частоте SRF.Щелкните здесь для объяснения параллельного резонанса на нашей странице фильтров. Обычно у вас нет никакого дела до эксплуатации конденсатора на или около PRF, потому что в этом случае он действует как разомкнутая цепь!

    На этом пока все!

    Основы измерения собственной емкости

    Обычно мы думаем о емкости как об устройстве, состоящем из двух проводящих пластин с выводами или выводами, разделенных слоем электролита. Существует также непреднамеренная или паразитная емкость, когда два проводящих тела принимают форму конденсатора и проявляют аналогичные свойства.Примером этого является атмосферная ситуация, предшествующая удару молнии, когда электролит состоит из воздуха, пока через него не образуется ионизированный путь.

    Обычная двухэлектродная емкость может быть определена количественно как отношение электрического заряда на каждой пластине к их разности напряжений. В устройстве с большей емкостью это соотношение увеличивается. Электрический заряд больше для данной величины напряжения.

    Это обсуждение относится к двухпластинной или биполярной емкости, но есть емкостные конфигурации, которые не включены в обычное описание.Один из них — парадоксальное явление собственной емкости. Как может быть разница в электрическом потенциале, когда электрод один?

    Изолированный одиночный проводник действительно может заряжаться, а собственная емкость — это количество электрического заряда, которое необходимо приложить, чтобы поднять его электрический потенциал на один вольт. Чтобы эта разность потенциалов была значимой, конечно, должна быть точка отсчета. Этой точкой отсчета является теоретическая полая проводящая сфера бесконечного радиуса, центр которой находится в пределах расположения одиночного проводника.

    Этот образ мышления предполагает, что разница в электрическом потенциале может существовать между реальным проводящим телом и телом, которое в лучшем случае является гипотетическим. Это возможно при условии, что мы можем закачивать (или удалять) свободные электроны из одного изолированного тела. Это, безусловно, может иметь место, если электрическая энергия применяется или может быть применена.

    Что касается электролитического слоя, это реалистичная концепция. Даже абсолютный вакуум пустого пространства имеет электролитическую постоянную. Материалы можно классифицировать по диэлектрической проницаемости.Нулевая диэлектрическая проницаемость — идеальный диэлектрик. Материал с диэлектрической проницаемостью меньше единицы имеет низкую проводимость или является хорошим диэлектриком. Материал с диэлектрической проницаемостью, равной единице, является проводником с потерями, а также средой распространения поля с потерями. Материал с диэлектрической проницаемостью больше единицы является хорошим проводником или плохим диэлектриком. Если диэлектрическая проницаемость бесконечна, материал будет идеальным проводником и не будет проявлять диэлектрических свойств.

    Диэлектрическая проницаемость вакуума (свободного пространства), определяющая диэлектрическую проницаемость других материалов, равна единице.С точки зрения перспективы, диэлектрическая проницаемость стекла составляет от пяти до десяти, в зависимости от его химического состава.

    Собственная емкость нашей земли составляет 710 мкФ. Сфера генератора Ван-де-Граафа, имеющая радиус чуть меньше восьми дюймов, имеет собственную емкость 22,24 пФ.

    Другая нестандартная конфигурация конденсатора предполагает возможность использования нескольких (более двух) пластин. Например, предположим, что мы должны были построить конденсатор с тремя пластинами, разделенными двумя электролитическими слоями:

    Это испытательная установка, которая определит, сохраняется ли заряд, приложенный к конденсатору, в электролите (да) или в пластинах (нет), в последнем случае электролит является просто изолятором и служит для сохранения равномерного расстояния между тарелки.Для этого теста используется мультиметр в емкостном режиме.

    Иногда термин собственная емкость используется для обозначения межобмоточной емкости катушки. Это совершенно другое явление, не имеющее отношения к обсуждаемой нами теме.

    Под воздействием высокочастотного сигнала катушка по сути становится линией передачи, которая имеет спиральную конфигурацию в трехмерном пространстве. По сути, он состоит из массива последовательных индуктивностей и параллельных емкостей.В этом случае массив становится параллельным LC-контуром, проявляющим саморезонанс. Часто такое поведение схемы нежелательно. Этого можно избежать, спроектировав катушку так, чтобы ее собственная резонансная частота была выше, чем рабочая частота цепи.

    С генератором синусоидальной волны диапазон частот, в котором ожидается резонансная частота, медленно изменяется. Резонансная частота заметна по резкому падению напряжения. По найденной резонансной частоте f o можно вычислить неизвестную емкость: C x = 1 / ((2πf o ) 2 L).Также может быть полезно сделать L переменной.

    Упрощенное понимание конденсатора заключается в том, что это частотно-зависимый резистор. И это правда, что по мере увеличения частоты емкостное реактивное сопротивление, которое является основным параметром, определяющим импеданс цепи, уменьшается при измерении на устройстве. Конденсатор может быть развернут как в параллельной, так и в последовательной конфигурации в двухпроводной линии передачи. В зависимости от того, какая конфигурация используется, величина ослабления передаваемого сигнала будет иметь противоположные отношения к его частоте.

    Но и в другом смысле модель конденсатора как частотно-зависимого резистора не совсем точна. Он ломается, потому что мощность не рассеивается в виде тепла, когда конденсатор ограничивает ток в цепи. Это правда, что на конденсаторе падает напряжение. Но вместо того, чтобы рассеивать энергию в виде тепла, как в резисторе, конденсатор временно сохраняет энергию в виде заряженных частиц внутри электролитического слоя.

    Характеристический импеданс — это свойство, присущее кабелям передачи различных типов.Коаксиальный кабель, например, выпускается в вариантах 50 и 75 Ом. Характеристическое сопротивление не зависит от длины. Вы можете сократить 100 футов. кусок коаксиального кабеля 75 Ом пополам и в итоге получим два 50-футовых. куски коаксиального кабеля, каждый с волновым сопротивлением 75 Ом.

    Характеристический импеданс нельзя измерить напрямую с помощью омметра, с подключенным дальним концом жил кабеля или без него. Характеристический импеданс обычно измеряется с помощью рефлектометра во временной области или осциллографа с использованием специальной процедуры.

    Один из способов измерения характеристического импеданса кабеля заключается в использовании генератора импульсов и осциллографа, а также переменного сопротивления на конце кабеля. По кабелю передаются импульсы. На осциллографе будет отображаться форма волны, искаженная отражениями от конца кабеля, в основном из-за задержки двустороннего сигнала. Настройка переменного сопротивления, при котором искажение исчезает, будет приблизительным характеристическим сопротивлением кабеля.

    Характеристический импеданс коаксиального кабеля зависит от ряда факторов, включая толщину и диэлектрическую проницаемость диэлектрического слоя, а также размер провода центрального проводника и внешней оплетки.Они относятся к характеристическому импедансу в соответствии со сложной формулой, которая в первую очередь интересует производителя.

    Чтобы понять, как работает характеристическое сопротивление, представьте себе бесконечно длинную линию передачи, состоящую из двухжильного кабеля, охлажденного до той странной области Кельвина, где электрическое сопротивление неприменимо. Два параллельных проводника, разделенных слоем электролита, можно смоделировать как бесконечное количество параллельных конденсаторов и последовательных катушек индуктивности.Сегменты проводников между каждым узлом конденсатора имеют определенную индуктивность.

    Схема идеальной линии передачи, состоящей из бесконечного числа параллельных конденсаторов и последовательных катушек индуктивности.

    Когда энергия переменного тока подается на вход кабеля, он будет испытывать определенный импеданс, который будет одинаковым независимо от частоты. По мере прохождения этого импульса по кабелю импеданс имеет тенденцию падать по мере того, как все больше конденсаторов размещается параллельно, и имеет тенденцию к увеличению по мере того, как больше катушек индуктивности размещается последовательно.Эти два происходящих события уравновешивают друг друга, а главное — импеданс не меняется.

    Когда на вход линии передачи подается напряжение, конденсаторы заряжаются, каждый по очереди. Это действие зарядки снижает напряжение. Одновременно последовательно соединенные индукторы создают магнитные поля, после чего они больше не препятствуют прохождению тока.

    Однако на выходе в этом бесконечно длинном кабеле всегда больше конденсаторов и больше индукторов.Рабочие емкостное и индуктивное реактивное сопротивление противодействуют протеканию тока как полное сопротивление, а не как сопротивление. В бесконечно длинном кабеле, независимо от частоты, импеданс всегда одинаков, возможно, 50 или 75 Ом, в зависимости от конструкции кабеля.

    Для поддержания этого равномерного импеданса необходимо, чтобы данные не отражались от выходного конца кабеля. Такие отраженные волны создают помехи, которые нарушают равномерную передачу.Работа без отражения возможна благодаря тому, что у кабеля нет конца. Это бесконечно, бесконечно.

    Возникает проблема, что такого бесконечно длинного кабеля не существует в реальном мире. Мы вернулись с того, с чего начали? На самом деле, нет. Решение состоит в том, чтобы подключить к линии передачи нагрузку с полным сопротивлением, равным характеристическому сопротивлению линии. В результате источник не видит конца линии, и в этом смысле линия ведет себя так, как будто она бесконечна. Эта идея дает начало важной концепции согласования импеданса.

    Волновой импеданс свободного пространства, вакуумный импеданс и собственное или характеристическое сопротивление вакуума — это альтернативные термины для плоской волны, проходящей через диэлектрическую среду. В уравнениях они представлены греческой буквой эта (η). Z 0 или η 0 — это величина, которую нужно найти.
    Выражается в омах, Z 0 равно 119,9169832, умноженному на π, или 376,73031346177. . . Ом. Таким образом, это импеданс свободного пространства, если вы можете себе это представить.

    (PDF) Изолированный конденсаторно-компенсированный метод измерения тока для высокочастотных резонансных преобразователей

    IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, VOL. 34, НЕТ. 7, ИЮЛЬ 2019 г. 6013

    Рис. 12. Тепловое изображение при 12,5 А, токе 1 МГц в условиях естественной конвекции

    .

    Рис. 13. Измеренные осциллограммы на частоте 2 МГц. (а) Ток 5 А. (б) ток 15 А.

    Рис. 14. Измеренные осциллограммы на частоте 5 МГц. (а) Ток 5 А. (б) ток 10 А.

    Можно ожидать

    при использовании этого пробника напряжения, как показано на рис.11.

    Поэтому особое внимание следует обратить на входную емкость

    нагрузки при измерении высокочастотного тока.

    Тепловое изображение измеряется при 12,5 А и токе 1 МГц в условиях естественной конвекции

    , как показано на рис. 12. Трансформатор

    CTisashig имеет температуру 116 ° C, в то время как трансформатор предлагаемого метода

    имеет температуру только 54,7 ° C. Это указывает на то, что предлагаемый метод

    намного эффективнее КТ.

    Далее проводятся эксперименты для изучения производительности предложенного метода

    на частотах выше 1 МГц. На рис. 13 показаны измеренные формы сигналов

    при токах 5 А и 15 А на частоте 2 МГц соответственно. Измеренные формы сигналов

    согласуются с результатами текущего датчика

    . Фазовая задержка увеличена примерно до 17 °. Другой эксперимент

    проводится на более высокой частоте 5 МГц, где Cr = 5,17 нФ,

    Lm = 10 мкГн, N = 1, R = 10 кОм, и соответствующее усиление равно 0.19. Верхний предел полосы пропускания

    увеличен из-за увеличения R / Lm. Результаты измерений

    на 5 МГц показаны на рис. 14, где токи равны

    ,

    5 и 10 А. Фазовая задержка составляет около 10 °. На измеренных осциллограммах наблюдаются некоторые искажения

    , которые могут быть связаны с паразитной емкостью

    на резисторе, как было проанализировано ранее. Ток

    далее не увеличивается из-за ограничения допустимой по току

    источника возбуждения на высоких частотах.

    IV. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

    В этом письме представлен метод измерения тока с изолированной конденсаторной компенсацией

    для высокочастотных резонансных преобразователей. Метод

    простой и требует только одного трансформатора и одного резистора. Результаты эксперимента

    показывают, что предложенный метод имеет хорошую линейность, а полоса пропускания

    может достигать нескольких МГц или даже больше. По сравнению с традиционным методом КТ

    предлагаемый метод имеет очевидные преимущества

    с точки зрения размера и потерь.В эксперименте размер трансформатора в предложенном методе

    составляет только 1/7 от размера трансформатора в ТТ. Температура трансформатора

    в предлагаемом методе составляет всего 54,7 ° C, в то время как температура в трансформаторе тока

    составляет 116 ° C при одновременном измерении тока 1 МГц и 12,5 А. В добавлении

    уменьшение входной емкости нагрузки может помочь увеличить пропускную способность

    предлагаемого метода.

    СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

    [1] R. C. N. Pilawa-Podgurski, A. D.Сагнери, Дж. М. Ривас, Д. И. Андерсон и

    Д. Дж. Перро, «Резонансные повышающие преобразователи сверхвысоких частот», IEEE

    Trans. Power Electron., Т. 24, вып. 6, pp. 1654–1665, июнь 2009 г.

    [2] Б. Ян, «Исследование топологии внешнего интерфейса преобразования постоянного тока в постоянный

    для распределенной энергосистемы», доктор философии. диссертации, Избран. Eng., Virginia

    Polytech. Inst. State Univ., Блэксбург, Вирджиния, США, 2003.

    [3] Дж. Юнг, Х. Ким, М. Рю и Дж. Бэк, «Методология проектирования двунаправленного резонансного преобразователя

    CLLC для высокочастотного изоляция распределительных систем постоянного тока

    , IEEE Trans.Power Electron., Т. 28, вып. 4, pp. 1741–

    1755, Apr. 2013.

    [4] А. Хария и др., «Методы проектирования схем для уменьшения влияния магнитного потока

    на GaN-HEMT в диапазоне 5 МГц 100 Вт. резонансные DC-DC преобразователи с высокой плотностью мощности LLC

    », IEEE Trans. Power Electron., Т. 32, нет. 8,

    pp. 5953–5963, август 2017 г.

    [5] WM Zhang, F. Wang, DJ Costinett, LM Tolbert, and BJ Blalock,

    «Исследование устройств из нитрида галлия в высокочастотном LLC-резонансном

    преобразователей », IEEE Trans.Power Electron., Т. 32, нет. 1, стр. 571–583,

    , январь 2017 г.

    [6] М.К. Му и Ф.К. Ли, «Проектирование и оптимизация высокочастотного, сильноточного LLC-преобразователя напряжением 380–12 В —

    с устройствами из GaN planar ma-

    trix transformers », IEEE J. Emerg. Sel. Темы Power Electron., Vol.4,

    no. 3, pp. 854–862, сентябрь 2016 г.

    [7] Д. Ройш и Дж. Стридом, «Оценка транзисторов из нитрида галлия-

    в высокочастотном резонансном преобразователе постоянного тока в постоянный ток с мягким переключением

    . ers », IEEE Trans.Power Electron., Т. 30, нет. 9, pp. 5151–5158, Sep.

    2015.

    [8] Х. Ли, Дж. Фанг, С. Чен, К. Ван и Й. Тан, «Модуляция плотности импульса

    для максимальной Отслеживание точки эффективности систем беспроводной передачи энергии

    », IEEE Trans. Power Electron., Т. 33, нет. 6, pp. 5492–5501,

    июнь 2018 г.

    [9] Х. Ли, К. Ван, Дж. Фанг и Й. Тан, «Полномостовые преобразователи ZVS

    с модуляцией плотности импульса для беспроводной передачи энергии. системы передачи », IEEE Trans.

    Power Electron., Т. 34, нет. 1, стр. 369–377, январь 2019 г.

    [10] Дж. Джанг, С.К. Пидапарти и Б. Чой, «Управление текущим режимом для резонансных преобразователей постоянного тока в постоянный ток серии

    LLC», Энергия, т. . 8, вып. 6, стр. 6098–

    6113, июнь 2015 г.

    [11] STMicroelectronics, «Улучшенный резонансный контроллер высокого напряжения L6699»,

    2013. [Online]. Доступно: www.st.com

    [12] С. Циглер, Р. К. Вудворд, Х. К. Иу и Л. Дж. Борле, «Методы измерения тока

    : обзор», IEEE Sensors J., т. 9, вып. 4, pp. 354–376, Apr.

    2009.

    [13] А. Патель и М. Фирдоуси, «Измерение тока для автомобильной электроники —

    A, обзор», IEEE Trans. Veh. Technol., Т. 58, нет. 8, pp. 4108–4119, Oct.

    2009.

    [14] С. А. Дайер, Wiley Survey of Instruments and Measurement. Хобокен,

    Нью-Джерси, США: Wiley, 2001.

    [15] К. Ван, Х. Ян, Х. Ли, Л. Ван и П. Джайн, «Широкополосное интегрированное измерение тока

    для обнаружения ток переключения быстрых

    GaN устройств », IEEE Trans.Power Electron., Т. 33, нет. 7, pp. 6199–

    6210, июль 2018 г.

    [16] Texas Instruments, «Анализ и измерение резонансного тока в резервуаре

    на LLC», 2013 г. [Online]. Доступно: http://www.ti.com/

    [17] Monolithic Power Systems, «Замечания по применению для резонансного преобразователя LLC

    с использованием резонансного контроллера HR1000», 2011 г. [Online]. Доступно:

    www.MonolithicPower.com

    Простой метод измерения ESR конденсатора

    Конденсаторы классифицируются по типу диэлектрика.Электролитические конденсаторы популярны в силовых электронных схемах из-за их высокого объемного КПД и отличного соотношения цена / качество. [1] К сожалению, их характеристики меняются с рабочей частотой, тогда как полное сопротивление идеального конденсатора уменьшается с частотой. Но в реальном мире этого не наблюдается в лаборатории. Увеличение частоты до определенной точки приводит к ожидаемому уменьшению импеданса, но увеличение частоты вызывает увеличение импеданса, т.е.е., он действует как резонансный контур. Для моделирования поведения реального конденсатора требуется добавление дополнительных элементов к модели конденсатора. ESR — это фактически сопротивление, которое конденсатор показывает на границе между поведением, подобным конденсатору, и поведением, подобным индуктору, то есть сопротивлением на резонансной частоте.

    При моделировании динамического поведения преобразователей мощности значение ESR является важным значением, поскольку оно позволяет прогнозировать пульсации на выходе преобразователя, а также прогнозировать срок службы конденсатора. [2] Мощность, рассеиваемая в ESR, вызывает повышение температуры конденсатора, а также уменьшение его емкости и срока службы.

    В [3] предлагается простой и прямой метод измерения ESR, в котором ESR определяется непосредственно отношением пульсационного напряжения конденсатора к пульсирующему току. Но реализация довольно дорогая и хлопотная. Чтобы определить ESR, используя только измерения напряжения, Chen et al. [4] предположил, что при некоторых конкретных условиях ток пульсации индуктора можно считать постоянным, и, следовательно, выходное напряжение пульсаций определяет ESR.Однако предлагаемый метод ограничен и точность его невысока.

    Лабораторный метод, который может быть использован для определения собственного значения ESR электролитических конденсаторов, был предложен в [5] . Однако этот метод дорог в реализации.

    Здесь мы представляем простой метод измерения для определения ESR конденсатора.

    Предлагаемый метод:

    Предположим, что модель, подобная показанной на рис. 1 , для тестируемого конденсатора (CUT):

    1.Модель тестируемого конденсатора.

    В этой модели не учитывается индуктивность выводов. Предположим, что CUT подключен к генератору синусоидальной волны с частотой Fg и внутренним сопротивлением rg, как показано на Рис. 2 :

    2. CUT подключен к генератору синусоидальной волны.

    Передаточная функция этой схемы:

    Уравнение 1 показывает характер пропускания верхних частот этой схемы. Следовательно, мы можем аппроксимировать передаточную функцию как:

    Уравнение 2 является основой для наших измерений ESR конденсатора.Когда входная частота достаточно высока, мы можем упростить соотношение вход-выход как алгебраическое уравнение 2. Для высоких частот схема действует как аттенюатор с коэффициентом ослабления:

    Измерение коэффициента затухания цепи и внутреннего сопротивления генератора приводит к r c , ESR конденсатора:

    Вместо возбуждения синусоидальной волны мы можем использовать прямоугольную волну. Это позволяет нам использовать ряд Фурье для написания уравнения с уровнями + Vm и -Vm и периодом T:

    Где:

    Прямоугольная волна состоит из нечетных гармоник.Когда основная гармоника достаточно высока, конденсатор действует как короткое замыкание, и выходное напряжение является приблизительно ослабленной версией входного напряжения в установившемся состоянии. Затухание в цепи в установившемся режиме напрямую связано с эквивалентным последовательным сопротивлением конденсатора, r c , которое можно получить, измерив коэффициент затухания в цепи и используя уравнение 3.

    Результаты моделирования:

    Диаграмма

    Simulink показана на рис. 3 :

    3.Схема моделирования схемы в Simulink.

    В качестве возбуждения используется прямоугольная волна с амплитудой +1 и -1 вольт. Выходное сопротивление генератора сигналов принято равным 50 Ом, конденсатор — 30 мкФ, ESR 0,8 Ом. Форма установившегося выходного сигнала показана на рис. 4 :

    4. Устойчивый выход цепи.

    Расчетный коэффициент затухания цепи:

    и СОЭ CUT рассчитывается как:

    Результаты лаборатории:

    Генератор сигналов с номинальным выходным сопротивлением 50 Ом обеспечивает возбуждение.Выходное сопротивление 47,1 Ом измеряется с помощью простого делителя напряжения. Пиковое напряжение установившегося выходного напряжения измеряется с помощью цифрового осциллографа. На рисунке 5 показан пример выходных данных.

    5. Пример формы волны выходного напряжения.

    Расчетные значения СОЭ

    Этот простой метод измерения обеспечивает точные результаты и позволяет более точную модель преобразователя мощности.

    Список литературы

    1. Amaral A.M.R., Cardoso A.J.M .: Экспериментальная методика оценки значений ESR и собственных значений реактивного сопротивления алюминиевых электролитических конденсаторов . Proc. Конференция по контрольно-измерительной технике, IMTC 2006, апрель 2006 г., стр. 1820–1825.

    2. Шанкаран В.А., Рис Ф.Л., Avant C.S .: Проверка и прогноз ресурса электролитических конденсаторов . Proc. 32-е ежегодное собрание Общества отраслевых приложений IEEE, октябрь 1997 г., т.2. С. 1058–1065

    3. Venet P., Perisse F., El-Husseini M.H., Rojat G .: Реализация схемы интеллектуального электролитического конденсатора , IEEE Ind. Appl. Mag., 2002, 8, (1), с. 16–20

    4. Чен Ю.-М., Чжоу М.-В., Ву Х.-К .: Прогнозирование выхода из строя электролитического конденсатора LC-фильтра для импульсных преобразователей мощности . Proc. 40-е ежегодное собрание Общества отраслевых приложений IEEE, октябрь 2005 г., т. 2. С. 1464–1469.

    5. Amaral A.M.R., Cardoso A.J.M.: Измеритель СОЭ для высоких частот . Proc. Int. Конф. по силовой электронике и системам приводов, PEDS, 2005, стр. 1628–163

    6. Д.У. Харт, « Силовая электроника «, Мак Гроу Хилл, 2010 г.

    7. N. Mohan, T. М. Унделанд, У. П. Роббинс , «Силовая электроника : преобразователи, применение и дизайн, » John Wiley and Sons, 2002.

    8. Р. В. Эриксон, Д. Максимович , « Основы силовой электроники, » Springer, 2001.

    9. A.M.R. Амарал, А.Дж.М. Кардосо: « Измеритель СОЭ для высоких частот ». Proc. Int. Конф. по силовой электронике и приводным системам, PEDS, 2005, стр. 1628–1633.

    10. Р. Чен, J.D.V. Вик, С. Ван, У.Г. Одендаал: Улучшение характеристик встроенных фильтров электромагнитных помех за счет встроенных проводящих слоев . IEEE Trans. Power Electron., 2005, стр. 611–619.

    11. A.M.R. Амарал, А.Дж.М. Кардосо: Экспериментальная методика для оценки собственных значений ESR и реактивного сопротивления алюминиевых электролитических конденсаторов .Proc. Конференция по контрольно-измерительной технике, IMTC 2006, апрель 2006 г., стр. 1820–1825.

    Эксперименты по саморезонансу индуктора

    Здесь катушка размещена вплотную к пластине, а резонансный
    частота снижена с 26,6 МГц до 24,7 МГц. Пары Hg
    разряд показывает, что взаимодействие очень похоже на размещение
    небольшая статическая емкость катушки.
    Согласно теории сосредоточенных элементов,
    если емкость, равная собственной емкости, размещена параллельно
    с катушкой резонансная частота будет уменьшена в раз
    из 1 / √2.В этом случае собственная емкость составляет 3,2 пФ,
    и поэтому повторное размещение этого количества параллельно должно уменьшить
    резонансная частота около 18,8 МГц. Очевидно, что наземная плоскость
    не имеет особого эффекта.
    Комментаторов различных, в том числе
    Медхерст, приписывают собственную емкость катушки в основном
    близость наземного самолета. Фактически, наземный самолет представил
    Широкая сторона катушки просто добавляет небольшую обычную паразитную емкость.
    Плоскость земли, конечно, перпендикулярна оси катушки.
    уменьшает индуктивность, действуя как закороченный виток; но это
    это хорошо понятный магнитный эффект, а не емкостный.

    Целые числа, кратные четверти длины волны — наземное зеркало
    эффект
    .
    Однако есть очень выраженный эффект земли, который не может
    можно отнести к паразитной емкости или магнитной индукции. Эта
    может показаться весьма парадоксальным при проведении экспериментов по рассеянию
    (и это необъяснимо с использованием теории сосредоточенных элементов), но это делает
    совершенный смысл, если мы назовем это « продлением линии передачи
    эффект ».
    Если к одному концу прикреплен провод
    катушки; частота основного резонанса рассеяния падает.Отклик также становится менее выраженным, пока провод не станет достаточно длинным,
    или любой противовес, к которому ведет достаточно большой провод,
    чтобы уменьшить резонансную частоту примерно до половины от исходной
    ценность. Не особо важно, как вспомогательный проводник
    устроен (при условии, что мы не пытаемся максимизировать излучение
    сопротивление), потому что происходит его электрическое
    длина добавляется к электрической длине катушки. В
    теория антенн, это известно как «зеркальный эффект заземления»,
    я.е., добавление достаточно большого противовеса удваивает эффективную
    длина антенны. Этот эффект, кстати, был замечен
    Друде в 1902 году, когда он добавил сферические электроды к одному концу
    в противном случае свободная катушка. Он объяснил эффект сдвигом
    в узле напряжения и обнаружил, что уменьшение SRF никогда не может
    быть больше половины его первоначальной стоимости.
    Исходная полуволновая длина проводника
    резонанс, тем не менее, все еще присутствует, просто он может
    больше не будут сильно возбуждены из-за рассеяния излучения от
    катушки (больше нет резкого скачка сопротивления при
    заземленный конец).

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

    2021 © Все права защищены.