книги из ГПНТБ / Быков М.А. Электрические измерения электрических величин [учеб. пособие]

Ни одна из этих двух схем замещения не отражает, в об­ щем случае, физических свойств реального конденсатора, на­ пример, частотной зависимости его угла потерь: тангенс угла потерь в последовательной схеме замещения прямо пропор­ ционален частоте, а в параллельной схеме замещения—обрат­ но (пропорционален частоте, угол же-потерь у реального конден­ сатора зависит от частоты в значительно меньшей мере. Это означает, что параметры выбранной для данного конденсатора схемы замещения — последовательной или параллельной — действительны только для того значения частоты, для которо­

схема не соответствуют), а положением этого конденсатора в той электрической схеме, в которую он включен: если он в этой схеме включен последовательно с какими-либо другими эле­ ментами схемы, то целесообразно применение последователь­ ной схемы замещения, при параллельном же соединении рассматриваемого конденсатора с другими элементами схемы целесообразно применение параллельной схемы замещения.

Только в двух крайних случаях бывает целесообразным применение определенной схемы замещения конденсатора: в случае конденсатора большой емкости при высокой частоте (когда полное сопротивление конденсатора составляет всего лишь несколько ом или еще меньше) и в случае конденсатора малой емкости при низкой частоте (когда полное сопротивле­ ние конденсатора выражается сотнями и тысячами мегомов или еще больше). В первом случае угол потерь конденсатора может в значительной мере определяться его внутренними по­ следовательными сопротивлениями — продольными сопротив­ лениями его электродов, соединений электродов с выводными зажимами конденсатора и т. п., что приближает такой конден­ сатор к последовательной схеме замещения. Во втором случае заметную роль в конденсаторе могут играть активные утечки через его недостаточно совершенную изоляцию как его основ­ ного диэлектрика, так и различных крепежных и изолирующих деталей, имеющихся в его конструкции. В этом случае свойст­ ва конденсатора приближаются к свойствам параллельной схемы замещения,

210

2. Мост для измерения емкости и угла потерь конденсато­ ра, обладающего заметным углом потерь, путем сравнения с емкостью образцового конденсатора и образцовыми безреак­ тивными сопротивлениями, мост Вина (рис. ѴІ-8).

потерь измеряемого конденсатора, если угол потерь ôo

Условие (VI-13) для данного моста имеет вид (если и длл измеряемого конденсатора принять последовательную схему замещения) :

212

или

откуда получаем то же самое выражение, что и для предыду­ щего моста:

сг = са

поскольку при принятой для измеряемого конденсатора пос­ ледовательной схемы замещения

Если угол потерь измеряемого конденсатора действительно пропорционален частоте — как это соответствует принятой для этого конденсатора последовательной схеме замещения — то равновесие и этого моста не зависит от частоты.

Если бы угол потерь измеряемого конденсатора был бы обратно пропорционален частоте (что было бы, например, в случае, когда он вызывался не зависимой от частоты активной утечкой, шунтировавшей конденсатор), то схему моста надо было целесообразно изменить, составив плечо образцового конденсатора по параллельной схеме и приняв такую же схе­ му замещения и для измеряемого конденсатора. В этом случае равновесие моста тоже не зависело бы от частоты.

Емкость и угол потерь конденсаторов и других электротех­ нических устройств, применяемых при высоких напряжениях (высоковольтных кабелей, электрических машин и т. п.), обыч­ но бывает необходимым измерять при напряжениях, близких по значению к их рабочим напряжениям. В этом случае при­ менение моста Вина представляет определенные затруднения, в первую очередь — с точки зрения техники безопасности: ре­ гулируемое сопротивление R0 находится в данном случае в плече высоковольтного конденсатора и при какой-либо неис­ правности конденсатора или самого сопротивления R0 на пос­ леднем может оказаться высокое напряжение. Кроме того, та­ кая схема создает некоторые осложнения при применении эк­ ранированного конденсатора С 0 (что в случаях высоковольт­ ных измерений почти всегда имеет место), но по этому поводу некоторые пояснения будут сделаны несколько позднее.

По этим причинам лри высоковольтных измерениях емко­ сти и угла потерь получили широкое (почти исключительное) распространение мосты по другой схеме — схеме Шерингя (рис. ѴІ-9).

213

3. В мосте Шеринга все регулируемые элементы находятся

ляют эти несколько вольт. На случай пробоя одного из сравни­

Рис- ѴІ-9

Условие (VI-14) для моста Шеринга дает выражение

При значениях |tg<p41 <0,3, что имеет место при всех практи­ чески встречающихся случаях, можно принять

t g ( P 4 = ?4 (рад).

214

не делая при этом погрешности более 3% от значения <р4, и тогда

вида 1-10". В таком случае применяемый в качестве С4 мага­

полнительно в соответствии с применяемым при данном изме­

так как ôo2 практически всегда пренебрежимо мало по сравне­

значения d при неизменных значениях ôo и опять же R4. Следует отметить, что мост Шеринга представляет собой

настолько вообще удобную измерительную схему, что часто применяется и при низковольтных измерениях емкости и угла потерь.

Частотная зависимость показаний моста Шеринга точно такая же, как и у моста Вина, и происходит по тем же принци­ пам.

215

4. Мост для измерения индуктивности путем сравнения с емкостью образцового конденсатора и с образцовыми сопро­ тивлениями, мост Максвелла —Вина (рис. ѴІ-10).

Рис . ѴІ-10

По условию (ѴІ-14) для моста'Максвелла—Вина имеем ? ; r — 0 = 0 + arctg (<D#4C4)

(4-е плечо этого моста точно такое же, как и в мосте Шеринга), т. е.

?x = arctg(a>/?«CJ.

Но, с другой стороны,

ох arct|

поэтому

По условию (VI-13) для моста Максвелла—Вина

Rr2

216

и тогда окончательно

Рис. ѴІ-11

217

Учитывая выражение (ѴІ-29), получаем

моста может быть получено только в том случае, если у срав­ ниваемых мер индуктивности, измеряемой и образцовой, отно­ шение индуктивности к активному сопротивлению одно и то же. Однако .в действительности этого, в общем случае, нет. По­ этому при осуществлении схемы этого моста с применением образцовой катушки индуктивности (с постоянным значением индуктивности Lo) плечи сравниваемых мер индуктивности обычно выполняются соответственно рис. VI-11, б: между сравниваемыми мерами индуктивности включается перемен­

узловой в том случае, когда активное сопротивление образцо­ вой катушки индуктивности недостаточно велико для удовлет­

дуктивности, обладающей относительно меньшим сопротивле­ нием, сопротивление RpKT регулируется в процессе уравнове­ шивания моста до такого его значения, при котором удовлет­ воряется условие (ѴІ-29).

6. Мост для измерения взаимной индуктивности путем сравнения с емкостью образцового конденсатора и с образцо­ выми сопротивлениями *, мост Кэмпбелла—Максвелла—Вина

(рис. ѴІ-12).

Измерение взаимной индуктивности в этом мосте произво­ дится в два приема: вначале переключатель П ставится в по­ ложение 1 и при этом получают мост Максвелла—Вина, в ко-

* Возможно применение этого моста и для противоположной задачи: измерение емкости путем сравнения ее со взаимной индуктивностью образ­ цовой меры взаимной индуктивности и образцовыми сопротивлениями.

218

219