| ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ | |
| Автор: drug | Категория: Технические науки / Электроэнергетика | Просмотров: | Комментирии: 0 | 02-01-2013 16:53 |
ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ
Цель работы: Изучение компьютерных методов измерения параметров элементов электрической цепи.
1 Теоретические основы измерения параметров электрической цепи
Для измерения комплексных параметров цепей на различных частотах или комплексного сопротивления предназначены приборы, которые называют измерители импеданса. Если прибор имеет возможность измерения комплексной проводимости, то такой прибор называется измеритель иммитанса. Чаще всего эти приборы упрощенно называют измерители RLC, хотя это название не отражает реального функционального назначения этих средств измерения. Кроме измерения R, L и C, в зависимости от типа, эти приборы позволяют измерять такие параметры как:
а) добротность цепи или электронного компонента;
б) тангенс угла потерь;
в) комплексное сопротивление на различных частотах;
г) фазовый сдвиг между током и напряжением в цепи;
д) активное сопротивление постоянному току.
Основными характеристикам измерителей иммитанса, кроме диапазона и погрешности измерения R, L и C являются:
а) частотный диапазон тестового сигнала, чем шире частотный диапазон, тем шире пределы измерения. Для измерения малых емкостей и индуктивностей необходима как можно более высокая частота тестового сигнала;
б) пределы изменения уровня тестового сигнала и возможность его стабилизации при изменении сопротивления измеряемой цепи;
в) наличие внутреннего и внешнего смещения тестового сигнала постоянным напряжением (например, необходимо для измерения емкости варикапов);
г) возможность связи прибора с персональным компьютером для документирования результатов измерения или программной обработки результатов измерения (например, построение графиков зависимости емкости или индуктивности от температуры в реальном масштабе времени и т.п.);
д) возможность программирования прибора для сортировки и отбраковки компонентов на производстве; возможность подключения механического манипулятора.
Принцип измерения всех измерителей иммитанса основан на анализе прохождения тестового сигнала с заданной частотой через цепь, обладающую комплексным сопротивлением, и последующим сравнением с опорным напряжением.
Напряжение рабочей частоты с внутреннего генератора подается на измеряемый объект и на объекте измеряется напряжение. Ток, протекающий через объект, с помощью внутреннего преобразователя ток - напряжение преобразуется в напряжение. Измерение отношения этих двух напряжений и дает полное сопротивление цепи
. (1)
Комплексное сопротивление Z определяется как
.
(2)
Из формулы 1 следует, что активное сопротивление R связано с комплексным сопротивлением как
,
(3)
и соответственно реактивное сопротивление X связано с комплексным сопротивлением как
.
(4)
Комплексное сопротивление связано с активным и реактивным как
.
(5)
Существует два типа реактивного сопротивления - емкостное XС и индуктивное XL. Исходя из параметров емкости, индуктивности и частоты они определяются как
,
,
(6)
(7)
где C (L) - значение емкости (индуктивности);
f - частота на которой измеряется реактивное сопротивление.
Из практики измерения известно, что наиболее оптимальным, с точки зрения погрешности измерения, является измерение сопротивлений в пределах от 0,1 Ом до 10 МОм. Измерение сопротивления ниже 0,1 Ом требует применения специальных методов с большими токами, а измерение сопротивления выше 10 Мом требует более высокого напряжения. Из формул 6 и 7 следует, что для измерения малых индуктивностей и емкостей следует использовать более высокие частоты, а для измерения больших емкостей и больших индуктивностей наоборот более низкие. Формулы 6 и 7 определяют значение реактивных сопротивлений для идеальных емкостей и индуктивностей. Реально каждая емкость имеет свое внутреннее конечное сопротивление между пластинами, которое приводит к возникновению внутренних утечек. Это сопротивление зависит от частоты. Очевидно, что чем меньше это сопротивление, тем лучше емкость. Аналогично и для индуктивности, любая индуктивность имеет активное сопротивление витков, магнитный поток рассеивания и другие параметры, влияющие на отклонение идеальной индуктивности от реальной. Для оценки степени внутренних потерь в емкостях и индуктивностях вводят параметр тангенс угла потерь (или тангенс угла диэлектрических потерь). Для последовательной схемы замещения (понятие последовательной и параллельной схемы замещения следует ниже) определяется как
,
.
(8)
(9)
Для параллельной схемы замещения формулы расчета тангенса потерь имеют обратный вид
,
.
(10)
(11)
Существует второй параметр, определяющий потери в реактивных элементах
это добротность. Добротность - это величина обратная тангенсу угла потерь
.
(12)
Исторически сложилось так, что потери в емкости оценивают по тангенсу угла потерь, а в индуктивности по величине добротности, хотя, еще раз подчеркнем, эти величины являются обратными друг другу и для емкости возможно понятие добротность, так же как и для индуктивности возможно понятие тангенса угла потерь.
Формулы 1-12 определяют основные понятия и взаимосвязи из области измерения комплексных и реактивных сопротивлений.
В практике измерения комплексных сопротивлений также существуют понятия параллельной или последовательной схемы замещения. Она представляет собой схему, на которой отражены все возможные сопротивления (как активные так и реактивные ) оказывающие влияние на полное сопротивление цепи или компонента. Выбор схемы замещения зависит от частоты сигнала в цепи и учитывает, какое реактивное сопротивление при этой частоте оказывает большее влияние. Так, например, для емкости схема замещения включает последовательное сопротивление выводов, обладающих как активным, так и индуктивным характером, собственно емкость, а так же параллельное обкладкам емкости паразитное сопротивление. При достаточно большой емкости и небольшой частоте паразитная индуктивность выводов не оказывает практически никакого влияния на комплексное сопротивление
(см. формулу 6), но при увеличении частоты, когда реактивное сопротивление емкости уменьшается, (см. формулу 7), а реактивное сопротивление индуктивности увеличивается, характер сопротивления, а, следовательно, и результат измерения емкости, может быть существенно искажен.
Из всего сказанного выше, следует, что при проведении измерений с помощью измерителя RLC необходимо учитывать следующее:
а) выбор частоты измерения емкости и индуктивности должен быть осуществлен грамотно, с учетом величин этих элементов. Для достижения более низкой погрешности измерения, малые значения индуктивности (мкГн) и емкости (пФ) следует измерять на более высоких частотах, а большие значения индуктивности (Гн) и емкости (мФ) следует измерять на более низких частотах;
б) так же корректно должна быть выбрана и схема замещения. При больших значениях индуктивности (Гн) и емкости (мФ) следует выбрать параллельную схему замещения. При малых значениях индуктивности (мкГн) и емкости (пФ) следует выбирать последовательную схему замещения.
Пренебрежение этими правилами значительно искажает достоверность измерения.
2 Описание измерительного прибора Е7-22 и инструкция по применению
2.1 Назначение Е7 - 22
Измеритель RLC E7 - 22 предназначен для автоматического измерения емкости, индуктивности и сопротивления на разных частотах. Базовая погрешность измерения составляет 0,7 %. Результат измерения индицируется на высококонтрастном ЖКИ дисплее в виде десятичного числа. Результат измерения представлен в виде четырехразрядного числа при измерении индуктивности (L), емкости (С) и сопротивления (R), и дополнительного четырехразрядного числа при измерении тангенса угла диэлектрических потерь (D) , добротности (Q) и сопротивления (R). Одновременно с этим на индикаторе отображаются установленные параметры режима измерения. Измеритель Е7 - 22 имеет интерфейс RS - 232 для связи с ПК с оптической развязкой.
2.2 Технические характеристики
Таблица 2.1 - Технические характеристики Е7 - 22
Характеристики Параметры Значения
1 2 3
Активное сопротивление (RAC) Предел измерения 20/200/2000 Ом/20/200/2000 кОм/10 Мом
Разрешение 1 /10/1 00 мОм/1 /10/1 00 Ом/1 кОм
Погрешность измерения (частота 1 кГц, 120 Гц) ± (0.5% + 3 ед. мл. р.) 2000 Ом/20/200/ 2000 кОм
± (0.8% + 5 ед. мл. р.) 200 Ом
± (1 .2% + 8 ед. мл. р.) 20 Ом
± (2% + 8 ед. мл. р.) 10 Мом
Емкость Предел измерения 2000 пФ/20/200/2000 нФ/20/200/2000 мкФ/20 мФ
Разрешение 0.1/1/10/100 пФ/1/10/100 нФ/1 мкФ
Погрешность измерения
на частоте 1 кГц ± (0.7% + 3 ед. мл. р.) 20/200/2000 нФ/20 мкФ, (D < 0.5)
± (1% + 5 ед. мл. р.) 2000 пФ/200 мкФ, (D < 0.1)
± (5% + 5 ед. мл. р.) 2000 мкФ, (D < 0.1)
на частоте
120 Гц ± (0.7% + 3 ед. мл. р.) 200/2000 нФ/20/200 мкФ, (D<0.5)
± (1% + 5 ед. мл. р.) 20 нФ/2000 мкФ, (D < 0.1)
± (5% + 5 ед. мл. р.) 20 мФ, (D < 0.1 )
Продолжение таблицы 2.1
Характеристики Параметры Значения
1 2 3
Индуктивность Предел
измерения 2000 мкГн/20/200/2000 мГн/20/200/2000/10000 Гн
Разрешение 0.1/1/10/100 мкГн/1/10/100 мГн/1 Гн
Погрешность измерения
на частоте 1кГц ± (0.7% + 5 ед. мл. р.) 200/2000 мГн/20 Гн
± (1% + 5 ед. мл. р.) 20 мГн/200 Гн
± (2% + 5 ед. мл. р.) 2000 мкГн Не нормируется на пределе 2000 Гн
на частоте 120Гц ± (0.7% + 5 ед. мл. р.) 2000 мГн/20/200 Гн
± (1% + 5 ед. мл. р.) 200 мГн/2000 Гн
± (2% + 5 ед. мл. р.) 20 мГн Не нормируется на пределе 10000 Гн
Добротность (Q),
Потери (D) Предел
измерения 0,9999 / 9,999 / 99,99 / 999,9
Разрешение 0,0001/0,001/0,01/0,1
Погрешность измерения
на частоте 1кГц ± (0.7% + 100/С + 5 ед. мл. р.) 20/200/2000 нФ/20 мкФ
± (1 .2% + 100/L + 5 ед. мл. р.) 200/2000 мГн/20/200 Гн
± (2% + 100/С + 5 ед. мл. р.) 2000 пФ/200 мкФ
± (5% + 100/L + 5 ед. мл. р.) 20 мГн
± (10% + 100/С ± 5 ед. мл. р.) 2000 мкФ
± (10% + 100/L + 5 ед. мл. р.) 2000 мкГн Не нормируется на пределе 2000 Гн
на частоте 120Гц ± (0.7% + 100/С + 5 ед. мл. р.) 200/2000 нФ/20/
200 мкФ
± (1 .2% + 100/L + 5 ед. мл. р.) 2000 мГн/20/200 Гн
± (2% + 100/С + 5 ед. мл. р.) 20 нФ/2000 мкФ
± (3% + 100/L + 5 ед. мл. р.) 200 мГн/2000 Гн
± (10% + 100/С + 5 ед. мл. р.) 20 мФ
± (10% + 100/L + 5 ед. мл. р.) 20 мГн Не нормируется на пределе 10000 Гн
Тест
сигнал
Частота тест-сигнала
120 Гц, 1 кГц, (ручной выбор)
Дистанционное управление Интерфейс Последовательный инфракрасный порт по стандартуRS-232С
Продолжение таблицы 2.1
Характеристики Параметры Значения
1 2 3
Дисплей Тип индикатора ЖК индикатор содержит: основной экран (Rac, L, С), дополнительный экран (Q, D, Rs, Rp), индикаторы параметров режима измерения
Формат индикации 41/2 разряда (19999) основная шкала 4 разряда (9999)
Индикация перегрузки дополнительная шкала «OL»
Общие
данные Условия эксплуатации 0°С...50°С и относительная влажность до 80%
Напряжение питания 9 В («Крона»), AC-DC адаптер 12. ..15 В/50 мА (опция)
Измерение RLC
Индикация результатов измерения Шкала основная/дополнительная: Ls/Q, D, Rs; Lp/Q, D, Rp; Cs/Q, D, Rs; Cp/Q, D, Rp; Rac/— (s – последовательная, р -параллельная, ас - переменный ток)
2.2 Назначение органов управления и индикации
2.2.1 Органы управления и индикации передней панели изображенные
на рисунке 1
На рисунке - 1 показаны органы управления и индикации передней панели:
1 - кнопка включения питания;
2 - кнопка выбора частоты тест сигнала или ввода цифры «0» или знака «-»;
3 - кнопка выбора схемы замещения или ввода заданных значений;
4 - кнопка ручного выбора пределов измерения или ввода цифры «1»;
5 - кнопка выбора режимов измерения основных параметров (R,I,C) или ввода цифры «2»;
6 - кнопка выбора режимов измерения вспомогательных параметров (Q,D, R) или ввода цифры «3»;
7 - кнопка фиксации измеренного значения, ввода цифры «4» или включения подсветки индикатора;
8 - кнопка выбора режима фиксации экстремальных или средних значений или ввода цифры «5»;
9 - кнопка установки программных режимов измерителя RLC или ввода цифры «6»;
10 - кнопка включении режима относительных измерении или ввода циф -
ры «7»;
11 - кнопка установки верхнего и нижнего допускового предела или ввода цифры «X»;
12 - кнопка включения режима измерения относительных отклонений или ввода цифры «9»;
13 - «-» входные контакты измерителя;
14 - «+» входные контакты измерителя.
Рисунок 1 – Внешний вид измерителя Е7 – 22
Рисунок 2- Схема подключения измерителя Е7-22
2.2.2 Назначение органов управления на основном и вспомогательном индикаторе
Основной индикатор измерения параметров ЖК - дисплея предназначен для отображения результата измерения R, L и С.
Вспомогательный индикатор измерения параметров ЖК-дисплея - предназначен для отображения результата измерения вспомогательных значений – тангенса угла потерь, добротности и сопротивления.
«Power» - кнопка включения и выключения питания. При включении питания измеритель включится, на индикаторе появится символ «APO», свидетельствующий об активации функции автоматического выключения питания. В режиме бездействия питание будет выключено примерно через 10 минут. Для возвращения в рабочий режим нажмите кратковременно кнопку «Power», измеритель RLC вернется в состояние предшествующее выключению питания. Функции автоматического выключения питания деактивируется при работе от сетевого адаптера или включении режима фиксации экстремальных значений. Для принудительно отключения функции автоматического выключения питания, при включении питания нажмите и удерживайте кнопку «Power» до появления надписи «АРО OFF». После чего отпустите ее, при работе с измерителем на ЖКИ не будет надписи «АРО». Функция автоматического выключения питания будет активирована автоматически при последующем включении питания.
«Frequency» - кнопка выбора частоты тест сигнала. При каждом нажатии на кнопку частота тест сигнала изменяется в последовательности 1 кГц 120 Гц
1 КГЦ.
Примечание - при включении питания будет установлена частота тест сигнала, предшествующая выключению питания.
«PAL/SER» - Кнопка выбора схемы замещения (PAL - параллельная, SER -последовательная). При каждом нажатии на кнопку тип схемы замещения изменяется в последовательности SER PAL SER.
Примечание - при включении питания будет установлен тип схемы замещения, предшествующий выключению питания.
«Range» - кнопка ручного выбора или фиксации пределов измерения, на индикаторе погаснет символ «AUTO». Выбор пределов измерения осуществляется при кратковременном нажатии на кнопку «Range». Выключение режима ручного выбора пределов измерения осуществляется при:
а) повторном нажатии и удержании клавиши «Range», более 2-х секунд;
б) переключение режима измерения;
в) выключение питания.
Примечание - предел измерения будет зафиксирован при включении режима фиксации экстремальных значений, контроля верхнего и нижнего допускового предела и относительных измерений.
«L/C/R» - Кнопка выбора режимов измерения основных параметров — емкости, индуктивности и сопротивления. При каждом нажатии на кнопку вил измеряемого параметра изменяется в последовательности C R L C.
Примечание - при включении питания будет установлено измерение параметра, предшествующее выключению питания.
«D/Q/R» - кнопка выбора режимов измерения вспомогательных параметров. При каждом нажатии на кнопку на вспомогательном индикаторе параметры будут отображаться параметры доступные для измерения, в зависимости от установленного основного режима измерения.
«HOLD» - кнопка включения выключения режима удержания результата измерения на ЖКИ и включения подсветки ЖКИ. При включении режима «HOLD» включается индикатор «Н». Выключение режима удержания результата измерения осуществляется при:
а) кратковременном нажатии на кнопку «HOLD»;
б) выключение питания;
Нажатие и удержание клавиши «HOLD» более 2-х секунд, приводит к включению подсветки экрана. Повторное нажатие и удержание клавиши «HOLD» более 2-х секунд, приводит к выключению подсветки экрана. Подсветка экрана так же выключается автоматически через 1 минуту.
«MIN/MAX» - кнопка включения выключения режима фиксации экстремальных значений (минимум, максимум, разносить между максимальным и минимальным значением, среднее значение за время измерения). При каждом нажатии на кнопку режим изменяется в последовательности MIN МАХ MIN MAX AVG MIN.
Нажатие и удержание клавиши «MIN/MAX» более 2-х секунд, приводит к выключению режима фиксации экстремальных значений.
Примечание - Во время измерения экстремальных значений изменение режимов измерения не возможно.
«SET» - кнопка программных установок измерителя RLC, подробное описание см. в разделе порядок работы.
«Relative» - кнопка включения выключения режима относительных измерений, при включении режима относительных измерений - включается индикатор « », основная цифровая шкала обнуляется, а последнее измеренное значение записывается в память как эталонное (Nэталон ).
В режиме относительных измерений на цифровой шкале отображается величина Nотобр, равная
Nотобр = Nвх - Nэталон, (13)
где Nвх - измеренное текущее значение.
Выключение режима относительных измерений осуществляется при:
а) нажатие и удержание клавиши «Relative» более 2-х секунд,
б) выключение питания.
«Нi/LO» - кнопка включения контроля верхнего и нижнего допускового предела, подробное описание см. в разделе порядок работы.
«TOL» - кнопка включения режима измерения и контроля относительных отклонений, подробное описание см. в разделе порядок работы.
2.3 Рекомендации по проведению измерений
Тип используемого кабеля. Для более удобного проведения измерений используйте кабель из комплекта поставки. Для элементов с длинными выводами используйте 4-х проводной зажим, расположенный в плоском гнезде.
Частота тест сигнала. Частоту, на которой будут проводиться измерения, пользователь может выбирать по своему усмотрению. Для более корректного выбора частоты тест сигнала используйте частоты, рекомендованные производителем электронных компонентов, измерения которых вы проводите (если таковые имеются).
Сопротивления, которые имеют не только активный, но и реактивный характер на разных частотах могут иметь различные последовательные и параллельные составляющие. Эти составляющие называются эквивалентной схемой.
Параметры измеряемых компонентов, индицируемых на основном индикаторе, зависят от выбора эквивалентной схемы (последовательной или параллельной). Обычно производители электронных компонентов показывают, каким образом измерены параметры компонентов (обычно по параллельной схеме) и на какой
частоте.
Предлагаемые условия измерения:
а) индуктивность менее чем 1 мГн - последовательная, 1 кГц;
б) индуктивность от 10 мГн до 1 Гн - последовательная, 120 Гц или 1 кГц;
в) индуктивность более чем 1 Гн - последовательная, 120 Гц;
г) емкость, менее чем 400 пф - параллельная, 1 кГц;
д) емкость от 400 пФ до 1мкФ - последовательная, 120 Гц или 1 кГц;
е) емкость более чем I мкФ - последовательная, 120 Гц;
ж) сопротивление менее чем 1 кОм - последовательная, 1 кГц;
з) сопротивление от 1 кОм до 10 МОм - параллельная, 120 Гц иди 1 кГц;
и) сопротивление более чем 10 Мом - параллельная. 120 Гц.
Если нет специфических причин, при измерении емкостей и индуктивностей всегда выбирается последовательная схема измерения. Это стандартная практика. При измерении малых емкостей и индуктивностей, выбирайте по возможности более высокую частоту измерения для обеспечения меньшей погрешности. При измерении больших емкостей и индуктивностей, выбирайте по возможности более низкую частоту измерения для обеспечения меньшей погрешности. При измерении постоянных резисторов, выбирайте более низкую частоту измерения для исключения частотной зависимости сопротивления и обеспечения меньшей погрешности измерения.
Выбор схемы замещения. Поскольку реактивная составляющая оказывает большое влияние при малых сопротивлениях как последовательная индуктивность, при сопротивлениях менее 1 кОм необходимо выбирать последовательную схему измерения.
Если сопротивление имеет величину более 10 МОм, выбирайте параллельную схему измерения, потому что в этом случае большое сопротивление шунтируется емкостью. Если добротность менее чем 0,1, постоянное сопротивление, измерится достаточно точно.
Общие потери в конденсаторе могут быть измерены несколькими способами, включая тангенс угла диэлектрических потерь и последовательное эквивалентное сопротивление (ЭПС). Измерения последовательного сопротивления дают обычно больший результат, чем обычное последовательное омическое сопротивление выводных контактов и фольги, которые соединены физически последовательно внутри конденсатора, потому что последовательное эквивалентное сопротивление учитывает эффект электрических потерь. ЭПС и тангенс угла потерь связаны формулой
ЭПC=R=D / C, (14)
где
Существует ситуация при которой возникает параллельная эквивалентная схема (ПЭС) между физическими компонентами. Для малогабаритных катушек индуктивности без сердечника значительные потери составляют омические или медные потери в выводах, следовательно, последовательная схема является предпочтительней. Однако для катушек с металлическим сердечником значительные потери составляют потери в сердечнике, следовательно, в этом случае предпочтительнее параллельная схема замещения для обеспечения высокой точности измерения.
Тангенс угла диэлектрических потерь емкости (D). Чем меньше тангенс угла диэлектрических потерь емкости, тем эта емкость лучше. Этот параметр характеризует внутренние утечки в емкости. Электролитические конденсаторы имеют очень большие внутренние потери, и, соответственно, большое значение тангенс угла диэлектрических потерь. Если значение D достаточно большое, это может привести к увеличению погрешности измерения емкости конденсаторов.
Для более эффективного использования емкости, учитывайте тангенс угла диэлектрических потерь определенный производителем.
Использование автоматического выбора предела измерения н режима ручного выбора предела измерения. При подключении измеряемою компонента к измерителю RLC прибор автоматически начнет установку нужного предела измерения, начиная с наименьшего. При измерении большого числа однотипных компонентов зафиксируйте предел измерения. Это позволит вам сократить время необходимое измерителю на перебор пределов измерения, а также сохранить данные калибровки для этого предела измерения, что вам позволит уменьшить погрешность измерения.
Последовательная и параллельная схема замещения при измерении
индуктивности. При измерении индуктивностей обычно используется последовательная схема замещения. Это позволяет наиболее точно производить измерения параметров индуктивностей, особенно добротности (Q) при малых значениях индуктивности. Эта схема наиболее эффективна, когда большую часть потерь в индуктивности составляют омические потери. Однако на высоких частотах большую часть потерь составляют потери в сердечнике гистерезисе и на создание паразитных вихревых токов. В этом случае наиболее приемлемой будет параллельная схема замещения.
2.4 Программное обеспечение Virtual Meter
Программное обеспечение (ПО) Virtual Meter позволяет подключать прибор к компьютеру посредством RS - 232 соединения. На рисунке 2 показана схема подключения измерителя Е7 - 22 к персональному компьютеру ПК и на рисунке 3 показано окно появляющееся на персональном компьютере при подключении измерителя Е7 - 22. Программное обеспечение позволяет результаты измеренных данных записать на персональный компьютер и производить с этими данными различные манипуляции. В частности, на основе результатов опытов, имеется возможность построения графиков измеренных результатов. При подключении персонального компьютера на мониторе отображается такая же информация, какую мы видим на ЖКИ дисплее прибора Е7 - 22.
Рисунок 3 - Программное окно на персональном компьютере
3 Порядок выполнения работы
3.1 Подготовка к проведению измерений
Перед выполнением работы внимательно изучите пункты 2 и 3 данной лабораторной работы.
Подключите к измерителю измерительный кабель. Включите питание измерителя. Убедитесь в том, что индикатор состояния батарей не горит. Прогрейте измеритель в течение пяти минут. По истечении этого времени измеритель готов к работе. На рисунке 2 изображена схема подключения измеряемого элемента к Е7 - 22 и к персональному компьютеру.
3.2 Измерение сопротивления
Нажатием на кнопку «L/C/R» выберите режим измерения «R» на Е7 - 22. Подключите к магазину сопротивлений с помощью соединительных проводов прибор Е7 - 22. Установите необходимое сопротивление на магазине сопротивлений. Установите необходимую частоту тест сигнала на Е7 - 22. На ЖКИ и на персональном компьютере отобразится результат. Дополнительный индикатор в этом случае отключен. По пункту 4 определите действительное значение сопротивления и результаты запишите в отчет.
3.3 Измерение емкости
Разрядите емкость перед подключением к измерителю, подключение заряженной емкости приводит к выходу из строя измерителя RLC и прекращению гарантии!!!
Нажатием на кнопку «L/C/R» выберите режим измерения «С» на Е7 - 22. Подключите к магазину емкостей с помощью соединительных проводов прибор Е7 - 22. Для полярных конденсаторов произведите подключение, с соблюдением полярности. Установите необходимую частоту тест сигнала и вид схемы замещения на
Е7 - 22. На основном и дополнительном индикаторах и на персональном компьютере отобразятся результаты измерения. По пункту 4 определите действительное значение емкости и результаты запишите в отчет.
3.4 Измерение индуктивности
Нажатием на кнопку «L/C/R» выберите режим измерения «L» на Е7 - 22. Подключите к магазину индуктивностей с помощью соединительных проводов прибор Е7 - 22. Установите необходимую частоту и уровень тест сигнала и вид схемы замещения на Е7 - 22. На основном и дополнительном индикаторах и на персональном компьютере отобразятся результаты измерения. По пункту 5 определите действительное значение индуктивности и результаты запишите в отчет.
3.5 Использование режима относительных измерений
Использование этого режима позволит вам производить быструю сортировку по допусковому контролю измеряемых компонентов или быстро компенсировать параметры соединительных проводников и паразитной емкости. Подключите к измерителю образцовый компонент (а при компенсации паразитной емкости отключите компонент от измерителя), включите режим относительных измерений. На индикаторе отобразится отклонение измеряемого компонента от образцового.
3.6 Использование режима удержания диапазона
При измерении большого числа однотипных компонентов вы можете сократить время измерения, зафиксировав диапазон измерения. Измеритель не будет перебирать все под диапазоны измерения, а начнет измерение на выбранном пределе.
3.7 Измерение экстремальных значений
Нажмите кнопку «MIN/MAX» для входа в режим измерения экстремальных значений. Последовательным нажатием на кнопку выберите один из следующих режимов: МАХ - фиксация максимального значения; «MIN» - фиксация минимального значения; «MAX – MIN» - разность между максимальным и минимальным значением «AVG» - измерение среднего значения за период измерения, это значение определяется как
, (15)
где Kl, K2, КЗ,... К - измеренные значения R, L или С;
- количество измерений.
После фиксации «MIN» или «МАХ» значения раздастся однократный звуковой сигнал. При фиксации нового значения раздаться двойной звуковой сигнал.
Основной дисплей индицирует показание измеренной величины (R, L или С) соответствующее установленному режиму. Вспомогательный дисплей в режиме «MIN» или «МАХ» индицирует вспомогательные величины D или Q соответствующие измеренному значению, а в режиме «MIN-МAХ» или «AVG» вспомогательный дисплей индицирует количество проведенных измерений.
При измерении экстремальных значений режим автоматического отключения питания будет отменен. Нa ЖКИ погаснет символ «АРО» и зажжется символ «R» сигнализирующий о фиксации параметров режима измерения. Во время измерения экстремальных значений изменение установленных параметров измерения не возможно. Измеритель во время измерения экстремальных значений будет игнорировать, измеренные значения лежащие вне зафиксированного предела измерения, при этом на ЖКИ дисплее появится символ «OL».
В режиме измерения среднего значения символ «AVG» возможна запись 3000 значений, после записи 29991 индикатор количества проведенных измерений будет мигать, предупреждая о скором переполнении памяти. После фиксации 3000 значения режим записи будет прекращен, но измеритель будет продолжать индицировать среднее значение.
Но даже при переполнении памяти измеритель продолжает фиксировать минимальное и максимальное значение измеряемой величины.
Если во время фиксации экстремальных значений нажать копку «Hold», измеритель приостановит запись до снятия этого режима, на ЖКИ появится символ «Н».
3.8 Установка программных параметров
Установка программных параметров может быть произведена только в момент, когда не используются дополнительные функции. Перед установкой программных параметров необходимо в ручном режиме выбрать или зафиксировать предел измерения, на котором до этого производились измерения. В режиме установки программных параметров возможно задание следующих параметров:
Калибровка «короткого замыкания» (КЗ) и «холостого хода» (XX).
Установки верхнего и нижнего пределов в режиме допускового контроля.
Установка параметров измерения относительного отклонения.
Установка опорного значения в режиме относительных измерений.
Для входа в режим установки программных параметров нажмите кнопку «SET», на ЖКИ появится надпись «SET» и будут мигать символы , TOL, , , свидетельствующие о возможности установки:
SET - калибровка режимов «коротко замыкания» (КЗ) и холостого хода (XX);
- опорного значения в режиме относительных измерений;
TOL - установка параметров измерения относительного отклонения;
, - установки верхнего и нижнего пределов в режиме допускового
контроля.
После ввода измерителя в режим установки программных параметров реагирует только на нажатие кнопок «Power» «SET» «REL» «Hi/Lo» «TOL» , для установки соответствующих этим кнопкам режимов.
Калибровка «короткого замыкания» (КЗ) и «холостого хода» (XX)
КЗ. Эта калибровка необходима для компенсации начального сопротивления соединительных проводников, начальной или паразитной индуктивности, а также необходима при измерении больших значений емкости. Обычно проводится при измерении на высоких частотах малых значений индуктивности или на низких частотах для измерения больших емкостей для повышения точности измерения.
XX. Эта калибровка необходима для компенсации начальной проводимости при измерении больших сопротивлений, начальной или паразитной емкости при измерении на высоких частотах, а также необходима при измерении больших значений индуктивности. Обычно проводится при измерении на высоких частотах малых значений емкости или на низких частотах для измерения больших индуктивностей для повышения точности измерения.
Нажмите кнопку «SET», на ЖКИ появится надпись «CAL ОРЕn» (калибровка XX), разомкните или отключите от измерителя измерительные концы. Нажмите кнопку «ENTER». Измеритель проведет процедуру калибровки XX. После ее окончания на ЖКИ появится надпись «SHrt» (калибровка КЗ) Замкните накоротко измерительные концы и нажмите кнопку «ENTER». Измеритель проведет процедуру калибровки КЗ По ее окончанию измеритель выйдет из режима установки программных параметров и перейдет в режим измерения. Если нет необходимости проводить калибровку XX и необходимо перейти к калибровке КЗ, в момент наличия на ЖКИ надписи «CAL ОРЕп» (калибровка XX) нажмите кнопку «SET» и перейдите к калибровке КЗ.
3.9 Установка верхнего и нижнего предела допускового предела
Нажмите кнопку «Hi/Lo» на ЖКИ будет мигать символ , свидетельствующий о готовности ввода верхнею предела допускового предела. Наберите в цифровом виде числовое значение верхнего предела и нажмите кнопку «ENTER». На ЖКИ будет мигать символ , свидетельствующий о готовности ввода нижнего предела допускового предела. Наберите в цифровом виде числовое значение нижнего предела и нажмите кнопку «ENTER». Если после ввода нижнего предела на ЖКИ появляется надпись «Err», это означает, что нижней предел имеет значение больше верхнего, необходимо ввести корректное значение верхнего предела. При правильном вводе пределов измеритель выйдет из режима установки программных параметров и перейдет в режим измерения.
3.10 Установка параметров измерения относительного отклонения
Нажмите кнопку « » на ЖКИ будет мигать символ « », свидетельствующий о готовности ввода опорных значений для режима относительного измерения. На ЖКИ появится численное значение, которое в дальнейшее будет использоваться как опорное для определения относительного отклонения. Наберите в цифровом виде числовое значение опорной величины и нажмите кнопку «ENTER». На ЖКИ будет мигать символ , свидетельствующий о готовности ввода верхнего предела. Наберите в цифровом виде числовое значение верхнего предела и нажмите кнопку «ENTER», на ЖКИ будет мигать символ , свидетельствующий о готовности ввода нижнего предела. Наберите в цифровом виде числовое значение нижнего предела и нажмите кнопку «ENTER». Измеритель выйдет из режима установки программных параметров и перейдет в режим измерения.
3.11 Установка опорного значения для режима относительных измерений
Нажмите кнопку «TOL» па ЖКИ будет мигать символ «TOL», свидетельствующий о готовности ввода опорных значений и пределов.
На ЖКИ появится численное значение которое, в дальнейшем будет использоваться как опорное для режима относительных измерений по отношению, к которому будет производиться вычисление относительного отклонения в процентах. Наберите в цифровом виде числовое значение опорной величины и нажмите кнопку «ENTER». На ЖКИ будет мигать символ , свидетельствующий о готовности ввода верхнего предела отклонения в %. Это значение в последующем будет использоваться как граничное для подачи звукового сигнала пир его превышении. Наберите в цифровом виде числовое значение верхнего предела и нажмите кнопку «ENTER». На ЖКИ будет мигать символ , свидетельствующий о готовности ввода нижнего предела отклонения в %. Наберите в цифровом виде числовое значение нижнего предела и нажмите кнопку «ENTER». Это значение в последующем будет использоваться как граничное для подачи звукового сигнала при выходе за его пределы. Измеритель выйдет из режима установки программных параметров и перейдет в режим текущих измерений.
3.12 Порядок набора числовых значений
Используйте цифровую клавиатуру для набора числовых значении. После ввода старшего разряда корректируемый разряд переместится к младшему разряду. Старший разряд может быть только «1» или «О», при попытке ввести в старший разряд чисел отличных от «О» и «1» они будут вводиться как цифра «О». Для пропуска значений нажимайте сразу кнопку «ENTER». При корректном вводе он сопровождается двойным звуковым сигналом. После ввода всех цифр на индикаторе не будет мигать ни один корректируемый разряд, это означает, что измеритель готов к вводу знака «-». Знак «-» вводится цифрой «О».
3.13 Режим относительных измерений
Измеритель RLC обеспечивает два режима относительных измерений:
а) относительные измерения, при которых в качестве опорной величины задастся значение измеренного компонента. Подключите к измерителю изменяемый компонент, дождитесь на ЖКИ появления результата измерения и нажмите кнопку «REL». На ЖКИ появится символ « ». Основная цифровая шкала обнуляется, а последнее измеренное значение записывается в память как эталонное. Отсоедините компонент от измерителя RLC и произведите подключение другого компонента. На ЖКИ будет отображаться разность между эталонным значением и измеренным. Применение этого режима наиболее актуально для компенсации начальной емкости или сопротивления соединительных проводников, искажающих результат измерения;
б) относительные измерения, при которых в качестве опорной величины задается числовое значение в программных установках. Для включения этого режима нажмите кнопку «REL» и затем кнопку «SET». На ЖКИ появится символ « » и «SET». На ЖКИ будет отображаться разность между эталонным значением и измеренным. Для отключения режима относительных измерения нажмите и удерживайте кнопку «REL» более 2-х секунд. Раздаться звуковой сигнал символы « » и «SET» исчезнут с ЖКИ.
3.14 Контроль верхнего и нижнего допускового предела
Значения верхнего и нижнего пределов устанавливаются в режиме программных установок. Нажмите кнопку «Нi/Lo», на ЖКИ появится символ « » и численное значение установленного ранее верхнею предела, после этого на ЖКИ появится символ « » и численное значение установленного ранее нижнего предела, после этого измеритель перейдет в режим контроля измеренных параметров на наличие их в установленных пределах. В случае если, измеренное значение находится выше установленного предела, мигает символ « » и раздаться звуковой сигнал. На ЖКИ будет присутствовать измеренное значение.
В случае, если измеренное значение находится ниже установленного предела, мигает символ « » и раздастся звуковом сигнал. Измеритель не фиксирует значения меньше 50 единиц младшего разряда индикатора. Для выключения этого режима нажмите кнопку «Hi/Lo» еще раз. Символы « » и « » исчезнут с экрана.
3.15 Режим измерении и контроля относительных отклонений
Для функционирования этого режима в режиме программных установок предварительно должны быть установлены: опорное значения, верхний предел и нижний предел. Нажмите кнопку «ТОL», на ЖКИ появится символ «TOL». Дополнительный индикатор перейдет в режим измерения относительных отклонений измеряемых величин в «%». На ЖКИ кратковременно появится значение, записанное и память как опорное, но отношению, к которому будет происходить, вычисление отклонения в процентах. В этом режиме возможно задание процентных границ, при превышении которых будет раздаваться звуковой сигнал. Всего возможно задание 4-х границ: 1 %; 5 %; 10 %; 20 %. Выбор соответствующей границы производится кратковременным нажатием па копку «ТOL», при этом на дополнительном дисплее кратковременно появляется значение установленной границы. Символ свидетельствует о возможности подачи звукового сигнала при превышении пределов. Отсутствие символа свидетельствует об отключении звукового сигнала.
При дополнительном нажатии кнопку «SET» измеритель переходит в режим контроля по допусковым пределам, установленным заранее оператором в режиме программных установок. На ЖКИ появится символ « » и численное значение установленного ранее верхнего предела в %, после этого па ЖКИ появится символ « » и численное значение установленного ранее нижнего предела в %, после этого измеритель перейдет в режим контроля измеренных параметров на наличие их в установленных пределах. В случае, если измеренное значение находится выше установленного предела, мигает символ « » и раздаться звуковой сигнал. На ЖКИ будет присутствовать измеренное значение. И в случае если измеренное значение находится ниже установленного предела, мигает символ « » и раздастся звуковой сигнал. Измеритель не фиксирует значения меньше 50 единиц младшего разряда индикатора и выше установленного предела (при наличии символа «OL»). Для выключения этого режима нажмите и удерживайте кнопку «TOL» в течение 2-х секунд. Символы «TOL», « » и « » исчезнут с экрана.
Примечание - При использовании режимов относительных измерений, контроля верхнего и нижнего допускового предела, режима измерения и контроля относительных отклонений возможны различные комбинации этих режимов.
4 Метрологическая обработка результатов измерений
Погрешности нормируются при следующих условиях эксплуатации:
а) температура окружающей среды (23 ± 5) °С;
б) относительная влажность 80 %;
в) номинальное значение напряжения питания (отсутствует индикация разряда батареи).
В таблицах 4.1 - 4.3 указаны абсолютные погрешности.
RИЗМ - измеренное значение (это значение отображается на дисплее прибора);
Ед. младшего разряда - единицы младшего разряда, определяемые разрешением для каждого конкретного предела измерения.
Пример определения погрешности измерения.
На пределе измерения сопротивления 200 Ом при частоте тест сигнала
120 Гц, прибор индицирует 2 Ом.
На пределе 200 Ом разрешение 10 мОм, значит 5 ед. мл. разряда равно
0,05 Ом. Из формулы таблицы 5.1 определяем, что абсолютная погрешность
0,0052 Ом + 0,05 Ом = 0,01 Ом + 0,05 Ом = 0,06 Ом, (16)
т.е. реальная величина подключенного сопротивления находится в пределах
от 1,94 Ом до 2,06 Ом. Относительная погрешность будет определяться как
(0,06 Ом / 2 Ом)100 % = 3 % (17)
На пределе измерения сопротивления 200 Ом при частоте тест сигнала 120 Гц прибор индицирует 200 Ом.
На пределе 200 Ом разрешение 10 мОм, значит 5 ед.мл. разряда равно 0,05 Ом.
И из формулы таблицы 4.1 определяем, что абсолютная погрешность
0,005200 Ом + 0,05 Ом = 1 Ом + 0,07 Ом = 1,07 Ом, (18)
т.е. реальная величина подключенного сопротивления находится в пределах
от 198,93 Ом до 201,07 мОм относительная погрешность будет определяться как
(1,07 Ом / 200 Ом)100 % = 0,535 %. (19)
Аналогичным образом определяются погрешности для емкости и
индуктивности.
Таблица 4.1- Режим измерения сопротивления (R)
Частота тест сигнала Преде-
лы измерения Разрешение Погрешность измерения
120 Гц 20 Ом 1 мОм ±(0,02'RИЗМ +8 ед. мл. разряда)
200Ом 10 мОм ±(0,005*RИЗМ +5 ед. мл. разряда)
2кОм 100 мОм ±(0,005*RИЗМ +3 ед. мл. разряда)
20кОм 1 Ом
200 кОм 10 Ом
2 МОм 100Ом ±(0,008*RИЗМ +5 ед. мл. разряда)
10 МОм 1кОм ±(0,012*RИЗМ +8 ед. мл. разряда)
1кГц 20 Ом 1 мОм ±(0,02*RИЗМ +8 ед. мл. разряда)
200 Ом 10 мОм ±(0,005*RИЗМ +5 ед. мл. разряда)
2кОм 100 мОм ±(0,005*RИЗМ +3 ед. мл. разряда)
20кОм 10м
200 кОм 10 Ом
2МОм 100Ом ±(0,008'RИЗМ +5 ед. мл. разряда)
10 МОм 1 кОм ±(0,0I2'RИЗМ +8 ед. мл. разряда)
Таблица 4.2- Режим измерения емкости и тангенса угла потерь (С), (D)
Частота Пределы измерения Разрешение Погрешность измерения
120 Гц 20 нФ 1 пФ С ±(0,01*Сизм +5 ед. мл. разряда)
D ±(0,02*Dизм +100/СХ +5ед. мл. разряда)
200 нФ 10 пФ С ±(0,007*Сизм+5 ед. мл. разряда)
D ±(0,007*Dизм +100/СХ +5ед. мл. разряда)
2000 нФ 20мкФ
200 мкФ 100 пФ 1нФ
10 нФ С
D ±(0,007*Сизм +3 ед. мл. разряда)
±(0,007*Dизм +100/СХ +5ед. мл.разряда)
2000 мкФ 100 нФ С ±(0,01*Сизм +5 ед. мл. разряда)
D ±(0,02*Dизм +100/Сх +5ед. мл. разряда)
20мФ 1 мкФ С . ±(0,05*Cизм +5 ед. мл. разряда)
D ±(0,1 *Dизм+100/СХ+5ед. мл. раряда
1кГц 2000 пФ 0,1 пФ С ±(0,01*Сизм +5 ед. мл. разряда)
D ±(0,02*Dизм +100/СХ +5ед. мл. раряда)
20 нФ
200 нФ 1 пФ
10 пФ С D ±(0,007*Сизм +5 ед. мл. разряда) ±(0,007*Dизм+1О0/СХ+5ед. мл.разряда)
2000 нФ 20мкФ 100 пФ
1 нФ С D ±(0,007*Сизм +3 ед. мл. разряда) ±(0,O07*Dизм +100/СХ +5ед. мл.разряда)
200 мкФ 10 нФ С ±(0,01 *Сизм +3 ед. мл. разряда)
D ±(0,02*Dизм +100/СХ +5ед. мл. разряда)
2000 мкФ 100 нФ С (0,05*Сизм +5 ед. мл. разряда)
D ±(0,1*Dизм +100/СХ +5ед. мл. разряда)
Примечания:
а) погрешности нормируются для тангенса угла потерь D 0.1, погрешности дополнительно умножаются на ;
в) Сизм и DИЗМ значения емкости и тангенса угла отображаемые на ЖКИ с учетом единиц измерения;
г) Сх цифровое безразмерное значение отображаемой величины без учета десятичной точки.
Например; на ЖКИ отображается величина 18,888 мкФ, это будет соответствовать Сизм = 18,888 мкФ и Сх = 18888.
Таблица 4.3- Режим измерении индуктивности и тангенса угла потерь (L), (D) при частоте 120 Гц
Частота Пределы измерения Разре-
шение Погрешность измерения
20 мГц 1 мкГн L ±(0,02*Lизм + Lx/1О000+5 ед. мл. разряда)
D ±(0,1*Dизм +100/Lx +5ед. мл. разряда)
200 мГн 10 мкГн L ±(0,01* +Lx/10000+5 ед. мл. разряда)
D ±(0,03* Dизм)+100/ Lx +5ед. мл. разряда)
2000 мГн 20 Гн 100мкГн
1мГн L ±(0,007*Lизм+Lx/10000+5 ед. мл*, разряда)
200 Г н
10 мГн
D
±(0,012* Dизм +100/Lx+ 5ед. мл. разряда)
120 Гц
2000 Гн 100 мГн L ±(0,01*Lизм+Lx/10000+5 ед. мл. разряда)
D ±(0,02* Dизм +100/Lx+ 5ед. мл. разряда)
20000 Гн
1Гн L
D Не нормируется
Не нормируется
Примечания:
а) погрешности нормируются для тангенса угла потерь D < 0,5;
б) Lизм и Dизм значения индуктивности и тангенса угла отображаемые на ЖКИ с учетом единиц измерения;
в) Lx цифровое безразмерное значение отображаемой величины без учета десятичной точки.
Например: на ЖКИ отображается величина 18.888 мГн, это будет соответствовать Lизм = 18,888 мГн и Lx = 18888
Таблица 4.4 - Режим измерении индуктивности и тангенса угла потерь (L), (D) при частоте 1 кГц
Частота Пределы измерения Разре-
шение Погрешность измерения
1 кГц 2000 мкГн 0,1 мкГн L ±(0,01*Lизм + Lx/1О000+5 ед. мл. разряда)
D ±(0,02*Dизм +100/Lx +5ед. мл. разряда)
20 мГн 1 мкГн L ±(0,01* +Lx/10000+5 ед. мл. разряда)
D
±(0,007* Dизм)+100/ Lx +5ед. мл. разряда)
200 мГн 2000 мГн 20 Гн 10мкГн 100мкГн 1 мГн L ±(0,007*Lизм+Lx/10000+5 ед. мл*, разряда)
D ±(0,012* Dизм +100/Lx+ 5ед. мл. разряда)
200 Гн 10мГн L ±(0,01*Lизм + Lx/1О000+5 ед. мл. разряда)
D ±(0,012*Dизм +100/Lx +5ед. мл. разряда)
2000 Г н 10 мГн L Не нормируется
D Не нормируется
3 Техника безопасности при проведении измерений
К лабораторной работе допускаются лица, прошедшие инструктаж по техни-
ке безопасности при работе с электроизмерительными приборами.
1 Перед выполнением лабораторной работы внимательно изучить методические указания.
2 Не включать лабораторную установку без разрешения преподавателя или
лаборанта.
3 Все соединения необходимо производить при помощи стандартных вилок и зажимов.
4 Не оставлять включенную схему без надзора.
5 Убедитесь, что измеряемые компоненты не подключены к источникам
питания
6 Перед измерением емкости обязательно разрядите ее.
7 Если прибор работает рядом с источником сильных электромагнитных излучений, возможна нестабильность индикации ЖК-дисплея, либо отображение недостоверных результатов измерения.
8 При любых отклонениях от нормальной работы лабораторного стенда немедленно выключить электрическое питание и сообщить об этом преподавателю или лаборанту.
6 Контрольные вопросы
1) Что называется тангенс угла диэлектрических потерь?
2) Что такое добротность ?
3) Назначение Е7 - 22 ?
4) Технические характеристики Е7 - 22 ?
5) Назначение органов управления и индикации ?
6) Последовательность подготовки прибора к работе в режиме измерения
емкости (С) ?
7) Последовательность подготовки прибора к работе в режиме измерения
индуктивности (L) ?
8) Последовательность подготовки прибора к работе в режиме измерения
Активного сопротивления (R) ?
9) Требования безопасности при проведении измерений ?
10) Как производится расчет погрешностей измерений ?
Список использованных источников
1 Основы промышленной электроники: учебник для вузов. Под ред.
В.Г. Герасимова, О.М. Князькова, А.Е. Краснопольская. – М.: Высшая школа,
1987 - 288 с.
2 Электрические измерения в химической промышленности / Р.И.Батырев,
Б.Ф. Зарецкий, М.М. Эленбоген и др. - М.: Химия, 1994 – 154 с.
3 Инструкция по эксплуатации прибора " Измеритель LCR Е7 - 22 ".
4 Воробьев А.В., Измеритель иммитанса Е7 - 22 // www. Belvar.ru.
5 Воробьев А.В., Измерители R, L, C // www.usetender.com.
Цель работы: Изучение компьютерных методов измерения параметров элементов электрической цепи.
1 Теоретические основы измерения параметров электрической цепи
Для измерения комплексных параметров цепей на различных частотах или комплексного сопротивления предназначены приборы, которые называют измерители импеданса. Если прибор имеет возможность измерения комплексной проводимости, то такой прибор называется измеритель иммитанса. Чаще всего эти приборы упрощенно называют измерители RLC, хотя это название не отражает реального функционального назначения этих средств измерения. Кроме измерения R, L и C, в зависимости от типа, эти приборы позволяют измерять такие параметры как:
а) добротность цепи или электронного компонента;
б) тангенс угла потерь;
в) комплексное сопротивление на различных частотах;
г) фазовый сдвиг между током и напряжением в цепи;
д) активное сопротивление постоянному току.
Основными характеристикам измерителей иммитанса, кроме диапазона и погрешности измерения R, L и C являются:
а) частотный диапазон тестового сигнала, чем шире частотный диапазон, тем шире пределы измерения. Для измерения малых емкостей и индуктивностей необходима как можно более высокая частота тестового сигнала;
б) пределы изменения уровня тестового сигнала и возможность его стабилизации при изменении сопротивления измеряемой цепи;
в) наличие внутреннего и внешнего смещения тестового сигнала постоянным напряжением (например, необходимо для измерения емкости варикапов);
г) возможность связи прибора с персональным компьютером для документирования результатов измерения или программной обработки результатов измерения (например, построение графиков зависимости емкости или индуктивности от температуры в реальном масштабе времени и т.п.);
д) возможность программирования прибора для сортировки и отбраковки компонентов на производстве; возможность подключения механического манипулятора.
Принцип измерения всех измерителей иммитанса основан на анализе прохождения тестового сигнала с заданной частотой через цепь, обладающую комплексным сопротивлением, и последующим сравнением с опорным напряжением.
Напряжение рабочей частоты с внутреннего генератора подается на измеряемый объект и на объекте измеряется напряжение. Ток, протекающий через объект, с помощью внутреннего преобразователя ток - напряжение преобразуется в напряжение. Измерение отношения этих двух напряжений и дает полное сопротивление цепи
. (1)
Комплексное сопротивление Z определяется как
.
(2)
Из формулы 1 следует, что активное сопротивление R связано с комплексным сопротивлением как
,
(3)
и соответственно реактивное сопротивление X связано с комплексным сопротивлением как
.
(4)
Комплексное сопротивление связано с активным и реактивным как
.
(5)
Существует два типа реактивного сопротивления - емкостное XС и индуктивное XL. Исходя из параметров емкости, индуктивности и частоты они определяются как
,
,
(6)
(7)
где C (L) - значение емкости (индуктивности);
f - частота на которой измеряется реактивное сопротивление.
Из практики измерения известно, что наиболее оптимальным, с точки зрения погрешности измерения, является измерение сопротивлений в пределах от 0,1 Ом до 10 МОм. Измерение сопротивления ниже 0,1 Ом требует применения специальных методов с большими токами, а измерение сопротивления выше 10 Мом требует более высокого напряжения. Из формул 6 и 7 следует, что для измерения малых индуктивностей и емкостей следует использовать более высокие частоты, а для измерения больших емкостей и больших индуктивностей наоборот более низкие. Формулы 6 и 7 определяют значение реактивных сопротивлений для идеальных емкостей и индуктивностей. Реально каждая емкость имеет свое внутреннее конечное сопротивление между пластинами, которое приводит к возникновению внутренних утечек. Это сопротивление зависит от частоты. Очевидно, что чем меньше это сопротивление, тем лучше емкость. Аналогично и для индуктивности, любая индуктивность имеет активное сопротивление витков, магнитный поток рассеивания и другие параметры, влияющие на отклонение идеальной индуктивности от реальной. Для оценки степени внутренних потерь в емкостях и индуктивностях вводят параметр тангенс угла потерь (или тангенс угла диэлектрических потерь). Для последовательной схемы замещения (понятие последовательной и параллельной схемы замещения следует ниже) определяется как
,
.
(8)
(9)
Для параллельной схемы замещения формулы расчета тангенса потерь имеют обратный вид
,
.
(10)
(11)
Существует второй параметр, определяющий потери в реактивных элементах
это добротность. Добротность - это величина обратная тангенсу угла потерь
.
(12)
Исторически сложилось так, что потери в емкости оценивают по тангенсу угла потерь, а в индуктивности по величине добротности, хотя, еще раз подчеркнем, эти величины являются обратными друг другу и для емкости возможно понятие добротность, так же как и для индуктивности возможно понятие тангенса угла потерь.
Формулы 1-12 определяют основные понятия и взаимосвязи из области измерения комплексных и реактивных сопротивлений.
В практике измерения комплексных сопротивлений также существуют понятия параллельной или последовательной схемы замещения. Она представляет собой схему, на которой отражены все возможные сопротивления (как активные так и реактивные ) оказывающие влияние на полное сопротивление цепи или компонента. Выбор схемы замещения зависит от частоты сигнала в цепи и учитывает, какое реактивное сопротивление при этой частоте оказывает большее влияние. Так, например, для емкости схема замещения включает последовательное сопротивление выводов, обладающих как активным, так и индуктивным характером, собственно емкость, а так же параллельное обкладкам емкости паразитное сопротивление. При достаточно большой емкости и небольшой частоте паразитная индуктивность выводов не оказывает практически никакого влияния на комплексное сопротивление
(см. формулу 6), но при увеличении частоты, когда реактивное сопротивление емкости уменьшается, (см. формулу 7), а реактивное сопротивление индуктивности увеличивается, характер сопротивления, а, следовательно, и результат измерения емкости, может быть существенно искажен.
Из всего сказанного выше, следует, что при проведении измерений с помощью измерителя RLC необходимо учитывать следующее:
а) выбор частоты измерения емкости и индуктивности должен быть осуществлен грамотно, с учетом величин этих элементов. Для достижения более низкой погрешности измерения, малые значения индуктивности (мкГн) и емкости (пФ) следует измерять на более высоких частотах, а большие значения индуктивности (Гн) и емкости (мФ) следует измерять на более низких частотах;
б) так же корректно должна быть выбрана и схема замещения. При больших значениях индуктивности (Гн) и емкости (мФ) следует выбрать параллельную схему замещения. При малых значениях индуктивности (мкГн) и емкости (пФ) следует выбирать последовательную схему замещения.
Пренебрежение этими правилами значительно искажает достоверность измерения.
2 Описание измерительного прибора Е7-22 и инструкция по применению
2.1 Назначение Е7 - 22
Измеритель RLC E7 - 22 предназначен для автоматического измерения емкости, индуктивности и сопротивления на разных частотах. Базовая погрешность измерения составляет 0,7 %. Результат измерения индицируется на высококонтрастном ЖКИ дисплее в виде десятичного числа. Результат измерения представлен в виде четырехразрядного числа при измерении индуктивности (L), емкости (С) и сопротивления (R), и дополнительного четырехразрядного числа при измерении тангенса угла диэлектрических потерь (D) , добротности (Q) и сопротивления (R). Одновременно с этим на индикаторе отображаются установленные параметры режима измерения. Измеритель Е7 - 22 имеет интерфейс RS - 232 для связи с ПК с оптической развязкой.
2.2 Технические характеристики
Таблица 2.1 - Технические характеристики Е7 - 22
Характеристики Параметры Значения
1 2 3
Активное сопротивление (RAC) Предел измерения 20/200/2000 Ом/20/200/2000 кОм/10 Мом
Разрешение 1 /10/1 00 мОм/1 /10/1 00 Ом/1 кОм
Погрешность измерения (частота 1 кГц, 120 Гц) ± (0.5% + 3 ед. мл. р.) 2000 Ом/20/200/ 2000 кОм
± (0.8% + 5 ед. мл. р.) 200 Ом
± (1 .2% + 8 ед. мл. р.) 20 Ом
± (2% + 8 ед. мл. р.) 10 Мом
Емкость Предел измерения 2000 пФ/20/200/2000 нФ/20/200/2000 мкФ/20 мФ
Разрешение 0.1/1/10/100 пФ/1/10/100 нФ/1 мкФ
Погрешность измерения
на частоте 1 кГц ± (0.7% + 3 ед. мл. р.) 20/200/2000 нФ/20 мкФ, (D < 0.5)
± (1% + 5 ед. мл. р.) 2000 пФ/200 мкФ, (D < 0.1)
± (5% + 5 ед. мл. р.) 2000 мкФ, (D < 0.1)
на частоте
120 Гц ± (0.7% + 3 ед. мл. р.) 200/2000 нФ/20/200 мкФ, (D<0.5)
± (1% + 5 ед. мл. р.) 20 нФ/2000 мкФ, (D < 0.1)
± (5% + 5 ед. мл. р.) 20 мФ, (D < 0.1 )
Продолжение таблицы 2.1
Характеристики Параметры Значения
1 2 3
Индуктивность Предел
измерения 2000 мкГн/20/200/2000 мГн/20/200/2000/10000 Гн
Разрешение 0.1/1/10/100 мкГн/1/10/100 мГн/1 Гн
Погрешность измерения
на частоте 1кГц ± (0.7% + 5 ед. мл. р.) 200/2000 мГн/20 Гн
± (1% + 5 ед. мл. р.) 20 мГн/200 Гн
± (2% + 5 ед. мл. р.) 2000 мкГн Не нормируется на пределе 2000 Гн
на частоте 120Гц ± (0.7% + 5 ед. мл. р.) 2000 мГн/20/200 Гн
± (1% + 5 ед. мл. р.) 200 мГн/2000 Гн
± (2% + 5 ед. мл. р.) 20 мГн Не нормируется на пределе 10000 Гн
Добротность (Q),
Потери (D) Предел
измерения 0,9999 / 9,999 / 99,99 / 999,9
Разрешение 0,0001/0,001/0,01/0,1
Погрешность измерения
на частоте 1кГц ± (0.7% + 100/С + 5 ед. мл. р.) 20/200/2000 нФ/20 мкФ
± (1 .2% + 100/L + 5 ед. мл. р.) 200/2000 мГн/20/200 Гн
± (2% + 100/С + 5 ед. мл. р.) 2000 пФ/200 мкФ
± (5% + 100/L + 5 ед. мл. р.) 20 мГн
± (10% + 100/С ± 5 ед. мл. р.) 2000 мкФ
± (10% + 100/L + 5 ед. мл. р.) 2000 мкГн Не нормируется на пределе 2000 Гн
на частоте 120Гц ± (0.7% + 100/С + 5 ед. мл. р.) 200/2000 нФ/20/
200 мкФ
± (1 .2% + 100/L + 5 ед. мл. р.) 2000 мГн/20/200 Гн
± (2% + 100/С + 5 ед. мл. р.) 20 нФ/2000 мкФ
± (3% + 100/L + 5 ед. мл. р.) 200 мГн/2000 Гн
± (10% + 100/С + 5 ед. мл. р.) 20 мФ
± (10% + 100/L + 5 ед. мл. р.) 20 мГн Не нормируется на пределе 10000 Гн
Тест
сигнал
Частота тест-сигнала
120 Гц, 1 кГц, (ручной выбор)
Дистанционное управление Интерфейс Последовательный инфракрасный порт по стандартуRS-232С
Продолжение таблицы 2.1
Характеристики Параметры Значения
1 2 3
Дисплей Тип индикатора ЖК индикатор содержит: основной экран (Rac, L, С), дополнительный экран (Q, D, Rs, Rp), индикаторы параметров режима измерения
Формат индикации 41/2 разряда (19999) основная шкала 4 разряда (9999)
Индикация перегрузки дополнительная шкала «OL»
Общие
данные Условия эксплуатации 0°С...50°С и относительная влажность до 80%
Напряжение питания 9 В («Крона»), AC-DC адаптер 12. ..15 В/50 мА (опция)
Измерение RLC
Индикация результатов измерения Шкала основная/дополнительная: Ls/Q, D, Rs; Lp/Q, D, Rp; Cs/Q, D, Rs; Cp/Q, D, Rp; Rac/— (s – последовательная, р -параллельная, ас - переменный ток)
2.2 Назначение органов управления и индикации
2.2.1 Органы управления и индикации передней панели изображенные
на рисунке 1
На рисунке - 1 показаны органы управления и индикации передней панели:
1 - кнопка включения питания;
2 - кнопка выбора частоты тест сигнала или ввода цифры «0» или знака «-»;
3 - кнопка выбора схемы замещения или ввода заданных значений;
4 - кнопка ручного выбора пределов измерения или ввода цифры «1»;
5 - кнопка выбора режимов измерения основных параметров (R,I,C) или ввода цифры «2»;
6 - кнопка выбора режимов измерения вспомогательных параметров (Q,D, R) или ввода цифры «3»;
7 - кнопка фиксации измеренного значения, ввода цифры «4» или включения подсветки индикатора;
8 - кнопка выбора режима фиксации экстремальных или средних значений или ввода цифры «5»;
9 - кнопка установки программных режимов измерителя RLC или ввода цифры «6»;
10 - кнопка включении режима относительных измерении или ввода циф -
ры «7»;
11 - кнопка установки верхнего и нижнего допускового предела или ввода цифры «X»;
12 - кнопка включения режима измерения относительных отклонений или ввода цифры «9»;
13 - «-» входные контакты измерителя;
14 - «+» входные контакты измерителя.
Рисунок 1 – Внешний вид измерителя Е7 – 22
Рисунок 2- Схема подключения измерителя Е7-22
2.2.2 Назначение органов управления на основном и вспомогательном индикаторе
Основной индикатор измерения параметров ЖК - дисплея предназначен для отображения результата измерения R, L и С.
Вспомогательный индикатор измерения параметров ЖК-дисплея - предназначен для отображения результата измерения вспомогательных значений – тангенса угла потерь, добротности и сопротивления.
«Power» - кнопка включения и выключения питания. При включении питания измеритель включится, на индикаторе появится символ «APO», свидетельствующий об активации функции автоматического выключения питания. В режиме бездействия питание будет выключено примерно через 10 минут. Для возвращения в рабочий режим нажмите кратковременно кнопку «Power», измеритель RLC вернется в состояние предшествующее выключению питания. Функции автоматического выключения питания деактивируется при работе от сетевого адаптера или включении режима фиксации экстремальных значений. Для принудительно отключения функции автоматического выключения питания, при включении питания нажмите и удерживайте кнопку «Power» до появления надписи «АРО OFF». После чего отпустите ее, при работе с измерителем на ЖКИ не будет надписи «АРО». Функция автоматического выключения питания будет активирована автоматически при последующем включении питания.
«Frequency» - кнопка выбора частоты тест сигнала. При каждом нажатии на кнопку частота тест сигнала изменяется в последовательности 1 кГц 120 Гц
1 КГЦ.
Примечание - при включении питания будет установлена частота тест сигнала, предшествующая выключению питания.
«PAL/SER» - Кнопка выбора схемы замещения (PAL - параллельная, SER -последовательная). При каждом нажатии на кнопку тип схемы замещения изменяется в последовательности SER PAL SER.
Примечание - при включении питания будет установлен тип схемы замещения, предшествующий выключению питания.
«Range» - кнопка ручного выбора или фиксации пределов измерения, на индикаторе погаснет символ «AUTO». Выбор пределов измерения осуществляется при кратковременном нажатии на кнопку «Range». Выключение режима ручного выбора пределов измерения осуществляется при:
а) повторном нажатии и удержании клавиши «Range», более 2-х секунд;
б) переключение режима измерения;
в) выключение питания.
Примечание - предел измерения будет зафиксирован при включении режима фиксации экстремальных значений, контроля верхнего и нижнего допускового предела и относительных измерений.
«L/C/R» - Кнопка выбора режимов измерения основных параметров — емкости, индуктивности и сопротивления. При каждом нажатии на кнопку вил измеряемого параметра изменяется в последовательности C R L C.
Примечание - при включении питания будет установлено измерение параметра, предшествующее выключению питания.
«D/Q/R» - кнопка выбора режимов измерения вспомогательных параметров. При каждом нажатии на кнопку на вспомогательном индикаторе параметры будут отображаться параметры доступные для измерения, в зависимости от установленного основного режима измерения.
«HOLD» - кнопка включения выключения режима удержания результата измерения на ЖКИ и включения подсветки ЖКИ. При включении режима «HOLD» включается индикатор «Н». Выключение режима удержания результата измерения осуществляется при:
а) кратковременном нажатии на кнопку «HOLD»;
б) выключение питания;
Нажатие и удержание клавиши «HOLD» более 2-х секунд, приводит к включению подсветки экрана. Повторное нажатие и удержание клавиши «HOLD» более 2-х секунд, приводит к выключению подсветки экрана. Подсветка экрана так же выключается автоматически через 1 минуту.
«MIN/MAX» - кнопка включения выключения режима фиксации экстремальных значений (минимум, максимум, разносить между максимальным и минимальным значением, среднее значение за время измерения). При каждом нажатии на кнопку режим изменяется в последовательности MIN МАХ MIN MAX AVG MIN.
Нажатие и удержание клавиши «MIN/MAX» более 2-х секунд, приводит к выключению режима фиксации экстремальных значений.
Примечание - Во время измерения экстремальных значений изменение режимов измерения не возможно.
«SET» - кнопка программных установок измерителя RLC, подробное описание см. в разделе порядок работы.
«Relative» - кнопка включения выключения режима относительных измерений, при включении режима относительных измерений - включается индикатор « », основная цифровая шкала обнуляется, а последнее измеренное значение записывается в память как эталонное (Nэталон ).
В режиме относительных измерений на цифровой шкале отображается величина Nотобр, равная
Nотобр = Nвх - Nэталон, (13)
где Nвх - измеренное текущее значение.
Выключение режима относительных измерений осуществляется при:
а) нажатие и удержание клавиши «Relative» более 2-х секунд,
б) выключение питания.
«Нi/LO» - кнопка включения контроля верхнего и нижнего допускового предела, подробное описание см. в разделе порядок работы.
«TOL» - кнопка включения режима измерения и контроля относительных отклонений, подробное описание см. в разделе порядок работы.
2.3 Рекомендации по проведению измерений
Тип используемого кабеля. Для более удобного проведения измерений используйте кабель из комплекта поставки. Для элементов с длинными выводами используйте 4-х проводной зажим, расположенный в плоском гнезде.
Частота тест сигнала. Частоту, на которой будут проводиться измерения, пользователь может выбирать по своему усмотрению. Для более корректного выбора частоты тест сигнала используйте частоты, рекомендованные производителем электронных компонентов, измерения которых вы проводите (если таковые имеются).
Сопротивления, которые имеют не только активный, но и реактивный характер на разных частотах могут иметь различные последовательные и параллельные составляющие. Эти составляющие называются эквивалентной схемой.
Параметры измеряемых компонентов, индицируемых на основном индикаторе, зависят от выбора эквивалентной схемы (последовательной или параллельной). Обычно производители электронных компонентов показывают, каким образом измерены параметры компонентов (обычно по параллельной схеме) и на какой
частоте.
Предлагаемые условия измерения:
а) индуктивность менее чем 1 мГн - последовательная, 1 кГц;
б) индуктивность от 10 мГн до 1 Гн - последовательная, 120 Гц или 1 кГц;
в) индуктивность более чем 1 Гн - последовательная, 120 Гц;
г) емкость, менее чем 400 пф - параллельная, 1 кГц;
д) емкость от 400 пФ до 1мкФ - последовательная, 120 Гц или 1 кГц;
е) емкость более чем I мкФ - последовательная, 120 Гц;
ж) сопротивление менее чем 1 кОм - последовательная, 1 кГц;
з) сопротивление от 1 кОм до 10 МОм - параллельная, 120 Гц иди 1 кГц;
и) сопротивление более чем 10 Мом - параллельная. 120 Гц.
Если нет специфических причин, при измерении емкостей и индуктивностей всегда выбирается последовательная схема измерения. Это стандартная практика. При измерении малых емкостей и индуктивностей, выбирайте по возможности более высокую частоту измерения для обеспечения меньшей погрешности. При измерении больших емкостей и индуктивностей, выбирайте по возможности более низкую частоту измерения для обеспечения меньшей погрешности. При измерении постоянных резисторов, выбирайте более низкую частоту измерения для исключения частотной зависимости сопротивления и обеспечения меньшей погрешности измерения.
Выбор схемы замещения. Поскольку реактивная составляющая оказывает большое влияние при малых сопротивлениях как последовательная индуктивность, при сопротивлениях менее 1 кОм необходимо выбирать последовательную схему измерения.
Если сопротивление имеет величину более 10 МОм, выбирайте параллельную схему измерения, потому что в этом случае большое сопротивление шунтируется емкостью. Если добротность менее чем 0,1, постоянное сопротивление, измерится достаточно точно.
Общие потери в конденсаторе могут быть измерены несколькими способами, включая тангенс угла диэлектрических потерь и последовательное эквивалентное сопротивление (ЭПС). Измерения последовательного сопротивления дают обычно больший результат, чем обычное последовательное омическое сопротивление выводных контактов и фольги, которые соединены физически последовательно внутри конденсатора, потому что последовательное эквивалентное сопротивление учитывает эффект электрических потерь. ЭПС и тангенс угла потерь связаны формулой
ЭПC=R=D / C, (14)
где
Существует ситуация при которой возникает параллельная эквивалентная схема (ПЭС) между физическими компонентами. Для малогабаритных катушек индуктивности без сердечника значительные потери составляют омические или медные потери в выводах, следовательно, последовательная схема является предпочтительней. Однако для катушек с металлическим сердечником значительные потери составляют потери в сердечнике, следовательно, в этом случае предпочтительнее параллельная схема замещения для обеспечения высокой точности измерения.
Тангенс угла диэлектрических потерь емкости (D). Чем меньше тангенс угла диэлектрических потерь емкости, тем эта емкость лучше. Этот параметр характеризует внутренние утечки в емкости. Электролитические конденсаторы имеют очень большие внутренние потери, и, соответственно, большое значение тангенс угла диэлектрических потерь. Если значение D достаточно большое, это может привести к увеличению погрешности измерения емкости конденсаторов.
Для более эффективного использования емкости, учитывайте тангенс угла диэлектрических потерь определенный производителем.
Использование автоматического выбора предела измерения н режима ручного выбора предела измерения. При подключении измеряемою компонента к измерителю RLC прибор автоматически начнет установку нужного предела измерения, начиная с наименьшего. При измерении большого числа однотипных компонентов зафиксируйте предел измерения. Это позволит вам сократить время необходимое измерителю на перебор пределов измерения, а также сохранить данные калибровки для этого предела измерения, что вам позволит уменьшить погрешность измерения.
Последовательная и параллельная схема замещения при измерении
индуктивности. При измерении индуктивностей обычно используется последовательная схема замещения. Это позволяет наиболее точно производить измерения параметров индуктивностей, особенно добротности (Q) при малых значениях индуктивности. Эта схема наиболее эффективна, когда большую часть потерь в индуктивности составляют омические потери. Однако на высоких частотах большую часть потерь составляют потери в сердечнике гистерезисе и на создание паразитных вихревых токов. В этом случае наиболее приемлемой будет параллельная схема замещения.
2.4 Программное обеспечение Virtual Meter
Программное обеспечение (ПО) Virtual Meter позволяет подключать прибор к компьютеру посредством RS - 232 соединения. На рисунке 2 показана схема подключения измерителя Е7 - 22 к персональному компьютеру ПК и на рисунке 3 показано окно появляющееся на персональном компьютере при подключении измерителя Е7 - 22. Программное обеспечение позволяет результаты измеренных данных записать на персональный компьютер и производить с этими данными различные манипуляции. В частности, на основе результатов опытов, имеется возможность построения графиков измеренных результатов. При подключении персонального компьютера на мониторе отображается такая же информация, какую мы видим на ЖКИ дисплее прибора Е7 - 22.
Рисунок 3 - Программное окно на персональном компьютере
3 Порядок выполнения работы
3.1 Подготовка к проведению измерений
Перед выполнением работы внимательно изучите пункты 2 и 3 данной лабораторной работы.
Подключите к измерителю измерительный кабель. Включите питание измерителя. Убедитесь в том, что индикатор состояния батарей не горит. Прогрейте измеритель в течение пяти минут. По истечении этого времени измеритель готов к работе. На рисунке 2 изображена схема подключения измеряемого элемента к Е7 - 22 и к персональному компьютеру.
3.2 Измерение сопротивления
Нажатием на кнопку «L/C/R» выберите режим измерения «R» на Е7 - 22. Подключите к магазину сопротивлений с помощью соединительных проводов прибор Е7 - 22. Установите необходимое сопротивление на магазине сопротивлений. Установите необходимую частоту тест сигнала на Е7 - 22. На ЖКИ и на персональном компьютере отобразится результат. Дополнительный индикатор в этом случае отключен. По пункту 4 определите действительное значение сопротивления и результаты запишите в отчет.
3.3 Измерение емкости
Разрядите емкость перед подключением к измерителю, подключение заряженной емкости приводит к выходу из строя измерителя RLC и прекращению гарантии!!!
Нажатием на кнопку «L/C/R» выберите режим измерения «С» на Е7 - 22. Подключите к магазину емкостей с помощью соединительных проводов прибор Е7 - 22. Для полярных конденсаторов произведите подключение, с соблюдением полярности. Установите необходимую частоту тест сигнала и вид схемы замещения на
Е7 - 22. На основном и дополнительном индикаторах и на персональном компьютере отобразятся результаты измерения. По пункту 4 определите действительное значение емкости и результаты запишите в отчет.
3.4 Измерение индуктивности
Нажатием на кнопку «L/C/R» выберите режим измерения «L» на Е7 - 22. Подключите к магазину индуктивностей с помощью соединительных проводов прибор Е7 - 22. Установите необходимую частоту и уровень тест сигнала и вид схемы замещения на Е7 - 22. На основном и дополнительном индикаторах и на персональном компьютере отобразятся результаты измерения. По пункту 5 определите действительное значение индуктивности и результаты запишите в отчет.
3.5 Использование режима относительных измерений
Использование этого режима позволит вам производить быструю сортировку по допусковому контролю измеряемых компонентов или быстро компенсировать параметры соединительных проводников и паразитной емкости. Подключите к измерителю образцовый компонент (а при компенсации паразитной емкости отключите компонент от измерителя), включите режим относительных измерений. На индикаторе отобразится отклонение измеряемого компонента от образцового.
3.6 Использование режима удержания диапазона
При измерении большого числа однотипных компонентов вы можете сократить время измерения, зафиксировав диапазон измерения. Измеритель не будет перебирать все под диапазоны измерения, а начнет измерение на выбранном пределе.
3.7 Измерение экстремальных значений
Нажмите кнопку «MIN/MAX» для входа в режим измерения экстремальных значений. Последовательным нажатием на кнопку выберите один из следующих режимов: МАХ - фиксация максимального значения; «MIN» - фиксация минимального значения; «MAX – MIN» - разность между максимальным и минимальным значением «AVG» - измерение среднего значения за период измерения, это значение определяется как
, (15)
где Kl, K2, КЗ,... К - измеренные значения R, L или С;
- количество измерений.
После фиксации «MIN» или «МАХ» значения раздастся однократный звуковой сигнал. При фиксации нового значения раздаться двойной звуковой сигнал.
Основной дисплей индицирует показание измеренной величины (R, L или С) соответствующее установленному режиму. Вспомогательный дисплей в режиме «MIN» или «МАХ» индицирует вспомогательные величины D или Q соответствующие измеренному значению, а в режиме «MIN-МAХ» или «AVG» вспомогательный дисплей индицирует количество проведенных измерений.
При измерении экстремальных значений режим автоматического отключения питания будет отменен. Нa ЖКИ погаснет символ «АРО» и зажжется символ «R» сигнализирующий о фиксации параметров режима измерения. Во время измерения экстремальных значений изменение установленных параметров измерения не возможно. Измеритель во время измерения экстремальных значений будет игнорировать, измеренные значения лежащие вне зафиксированного предела измерения, при этом на ЖКИ дисплее появится символ «OL».
В режиме измерения среднего значения символ «AVG» возможна запись 3000 значений, после записи 29991 индикатор количества проведенных измерений будет мигать, предупреждая о скором переполнении памяти. После фиксации 3000 значения режим записи будет прекращен, но измеритель будет продолжать индицировать среднее значение.
Но даже при переполнении памяти измеритель продолжает фиксировать минимальное и максимальное значение измеряемой величины.
Если во время фиксации экстремальных значений нажать копку «Hold», измеритель приостановит запись до снятия этого режима, на ЖКИ появится символ «Н».
3.8 Установка программных параметров
Установка программных параметров может быть произведена только в момент, когда не используются дополнительные функции. Перед установкой программных параметров необходимо в ручном режиме выбрать или зафиксировать предел измерения, на котором до этого производились измерения. В режиме установки программных параметров возможно задание следующих параметров:
Калибровка «короткого замыкания» (КЗ) и «холостого хода» (XX).
Установки верхнего и нижнего пределов в режиме допускового контроля.
Установка параметров измерения относительного отклонения.
Установка опорного значения в режиме относительных измерений.
Для входа в режим установки программных параметров нажмите кнопку «SET», на ЖКИ появится надпись «SET» и будут мигать символы , TOL, , , свидетельствующие о возможности установки:
SET - калибровка режимов «коротко замыкания» (КЗ) и холостого хода (XX);
- опорного значения в режиме относительных измерений;
TOL - установка параметров измерения относительного отклонения;
, - установки верхнего и нижнего пределов в режиме допускового
контроля.
После ввода измерителя в режим установки программных параметров реагирует только на нажатие кнопок «Power» «SET» «REL» «Hi/Lo» «TOL» , для установки соответствующих этим кнопкам режимов.
Калибровка «короткого замыкания» (КЗ) и «холостого хода» (XX)
КЗ. Эта калибровка необходима для компенсации начального сопротивления соединительных проводников, начальной или паразитной индуктивности, а также необходима при измерении больших значений емкости. Обычно проводится при измерении на высоких частотах малых значений индуктивности или на низких частотах для измерения больших емкостей для повышения точности измерения.
XX. Эта калибровка необходима для компенсации начальной проводимости при измерении больших сопротивлений, начальной или паразитной емкости при измерении на высоких частотах, а также необходима при измерении больших значений индуктивности. Обычно проводится при измерении на высоких частотах малых значений емкости или на низких частотах для измерения больших индуктивностей для повышения точности измерения.
Нажмите кнопку «SET», на ЖКИ появится надпись «CAL ОРЕn» (калибровка XX), разомкните или отключите от измерителя измерительные концы. Нажмите кнопку «ENTER». Измеритель проведет процедуру калибровки XX. После ее окончания на ЖКИ появится надпись «SHrt» (калибровка КЗ) Замкните накоротко измерительные концы и нажмите кнопку «ENTER». Измеритель проведет процедуру калибровки КЗ По ее окончанию измеритель выйдет из режима установки программных параметров и перейдет в режим измерения. Если нет необходимости проводить калибровку XX и необходимо перейти к калибровке КЗ, в момент наличия на ЖКИ надписи «CAL ОРЕп» (калибровка XX) нажмите кнопку «SET» и перейдите к калибровке КЗ.
3.9 Установка верхнего и нижнего предела допускового предела
Нажмите кнопку «Hi/Lo» на ЖКИ будет мигать символ , свидетельствующий о готовности ввода верхнею предела допускового предела. Наберите в цифровом виде числовое значение верхнего предела и нажмите кнопку «ENTER». На ЖКИ будет мигать символ , свидетельствующий о готовности ввода нижнего предела допускового предела. Наберите в цифровом виде числовое значение нижнего предела и нажмите кнопку «ENTER». Если после ввода нижнего предела на ЖКИ появляется надпись «Err», это означает, что нижней предел имеет значение больше верхнего, необходимо ввести корректное значение верхнего предела. При правильном вводе пределов измеритель выйдет из режима установки программных параметров и перейдет в режим измерения.
3.10 Установка параметров измерения относительного отклонения
Нажмите кнопку « » на ЖКИ будет мигать символ « », свидетельствующий о готовности ввода опорных значений для режима относительного измерения. На ЖКИ появится численное значение, которое в дальнейшее будет использоваться как опорное для определения относительного отклонения. Наберите в цифровом виде числовое значение опорной величины и нажмите кнопку «ENTER». На ЖКИ будет мигать символ , свидетельствующий о готовности ввода верхнего предела. Наберите в цифровом виде числовое значение верхнего предела и нажмите кнопку «ENTER», на ЖКИ будет мигать символ , свидетельствующий о готовности ввода нижнего предела. Наберите в цифровом виде числовое значение нижнего предела и нажмите кнопку «ENTER». Измеритель выйдет из режима установки программных параметров и перейдет в режим измерения.
3.11 Установка опорного значения для режима относительных измерений
Нажмите кнопку «TOL» па ЖКИ будет мигать символ «TOL», свидетельствующий о готовности ввода опорных значений и пределов.
На ЖКИ появится численное значение которое, в дальнейшем будет использоваться как опорное для режима относительных измерений по отношению, к которому будет производиться вычисление относительного отклонения в процентах. Наберите в цифровом виде числовое значение опорной величины и нажмите кнопку «ENTER». На ЖКИ будет мигать символ , свидетельствующий о готовности ввода верхнего предела отклонения в %. Это значение в последующем будет использоваться как граничное для подачи звукового сигнала пир его превышении. Наберите в цифровом виде числовое значение верхнего предела и нажмите кнопку «ENTER». На ЖКИ будет мигать символ , свидетельствующий о готовности ввода нижнего предела отклонения в %. Наберите в цифровом виде числовое значение нижнего предела и нажмите кнопку «ENTER». Это значение в последующем будет использоваться как граничное для подачи звукового сигнала при выходе за его пределы. Измеритель выйдет из режима установки программных параметров и перейдет в режим текущих измерений.
3.12 Порядок набора числовых значений
Используйте цифровую клавиатуру для набора числовых значении. После ввода старшего разряда корректируемый разряд переместится к младшему разряду. Старший разряд может быть только «1» или «О», при попытке ввести в старший разряд чисел отличных от «О» и «1» они будут вводиться как цифра «О». Для пропуска значений нажимайте сразу кнопку «ENTER». При корректном вводе он сопровождается двойным звуковым сигналом. После ввода всех цифр на индикаторе не будет мигать ни один корректируемый разряд, это означает, что измеритель готов к вводу знака «-». Знак «-» вводится цифрой «О».
3.13 Режим относительных измерений
Измеритель RLC обеспечивает два режима относительных измерений:
а) относительные измерения, при которых в качестве опорной величины задастся значение измеренного компонента. Подключите к измерителю изменяемый компонент, дождитесь на ЖКИ появления результата измерения и нажмите кнопку «REL». На ЖКИ появится символ « ». Основная цифровая шкала обнуляется, а последнее измеренное значение записывается в память как эталонное. Отсоедините компонент от измерителя RLC и произведите подключение другого компонента. На ЖКИ будет отображаться разность между эталонным значением и измеренным. Применение этого режима наиболее актуально для компенсации начальной емкости или сопротивления соединительных проводников, искажающих результат измерения;
б) относительные измерения, при которых в качестве опорной величины задается числовое значение в программных установках. Для включения этого режима нажмите кнопку «REL» и затем кнопку «SET». На ЖКИ появится символ « » и «SET». На ЖКИ будет отображаться разность между эталонным значением и измеренным. Для отключения режима относительных измерения нажмите и удерживайте кнопку «REL» более 2-х секунд. Раздаться звуковой сигнал символы « » и «SET» исчезнут с ЖКИ.
3.14 Контроль верхнего и нижнего допускового предела
Значения верхнего и нижнего пределов устанавливаются в режиме программных установок. Нажмите кнопку «Нi/Lo», на ЖКИ появится символ « » и численное значение установленного ранее верхнею предела, после этого на ЖКИ появится символ « » и численное значение установленного ранее нижнего предела, после этого измеритель перейдет в режим контроля измеренных параметров на наличие их в установленных пределах. В случае если, измеренное значение находится выше установленного предела, мигает символ « » и раздаться звуковой сигнал. На ЖКИ будет присутствовать измеренное значение.
В случае, если измеренное значение находится ниже установленного предела, мигает символ « » и раздастся звуковом сигнал. Измеритель не фиксирует значения меньше 50 единиц младшего разряда индикатора. Для выключения этого режима нажмите кнопку «Hi/Lo» еще раз. Символы « » и « » исчезнут с экрана.
3.15 Режим измерении и контроля относительных отклонений
Для функционирования этого режима в режиме программных установок предварительно должны быть установлены: опорное значения, верхний предел и нижний предел. Нажмите кнопку «ТОL», на ЖКИ появится символ «TOL». Дополнительный индикатор перейдет в режим измерения относительных отклонений измеряемых величин в «%». На ЖКИ кратковременно появится значение, записанное и память как опорное, но отношению, к которому будет происходить, вычисление отклонения в процентах. В этом режиме возможно задание процентных границ, при превышении которых будет раздаваться звуковой сигнал. Всего возможно задание 4-х границ: 1 %; 5 %; 10 %; 20 %. Выбор соответствующей границы производится кратковременным нажатием па копку «ТOL», при этом на дополнительном дисплее кратковременно появляется значение установленной границы. Символ свидетельствует о возможности подачи звукового сигнала при превышении пределов. Отсутствие символа свидетельствует об отключении звукового сигнала.
При дополнительном нажатии кнопку «SET» измеритель переходит в режим контроля по допусковым пределам, установленным заранее оператором в режиме программных установок. На ЖКИ появится символ « » и численное значение установленного ранее верхнего предела в %, после этого па ЖКИ появится символ « » и численное значение установленного ранее нижнего предела в %, после этого измеритель перейдет в режим контроля измеренных параметров на наличие их в установленных пределах. В случае, если измеренное значение находится выше установленного предела, мигает символ « » и раздаться звуковой сигнал. На ЖКИ будет присутствовать измеренное значение. И в случае если измеренное значение находится ниже установленного предела, мигает символ « » и раздастся звуковой сигнал. Измеритель не фиксирует значения меньше 50 единиц младшего разряда индикатора и выше установленного предела (при наличии символа «OL»). Для выключения этого режима нажмите и удерживайте кнопку «TOL» в течение 2-х секунд. Символы «TOL», « » и « » исчезнут с экрана.
Примечание - При использовании режимов относительных измерений, контроля верхнего и нижнего допускового предела, режима измерения и контроля относительных отклонений возможны различные комбинации этих режимов.
4 Метрологическая обработка результатов измерений
Погрешности нормируются при следующих условиях эксплуатации:
а) температура окружающей среды (23 ± 5) °С;
б) относительная влажность 80 %;
в) номинальное значение напряжения питания (отсутствует индикация разряда батареи).
В таблицах 4.1 - 4.3 указаны абсолютные погрешности.
RИЗМ - измеренное значение (это значение отображается на дисплее прибора);
Ед. младшего разряда - единицы младшего разряда, определяемые разрешением для каждого конкретного предела измерения.
Пример определения погрешности измерения.
На пределе измерения сопротивления 200 Ом при частоте тест сигнала
120 Гц, прибор индицирует 2 Ом.
На пределе 200 Ом разрешение 10 мОм, значит 5 ед. мл. разряда равно
0,05 Ом. Из формулы таблицы 5.1 определяем, что абсолютная погрешность
0,0052 Ом + 0,05 Ом = 0,01 Ом + 0,05 Ом = 0,06 Ом, (16)
т.е. реальная величина подключенного сопротивления находится в пределах
от 1,94 Ом до 2,06 Ом. Относительная погрешность будет определяться как
(0,06 Ом / 2 Ом)100 % = 3 % (17)
На пределе измерения сопротивления 200 Ом при частоте тест сигнала 120 Гц прибор индицирует 200 Ом.
На пределе 200 Ом разрешение 10 мОм, значит 5 ед.мл. разряда равно 0,05 Ом.
И из формулы таблицы 4.1 определяем, что абсолютная погрешность
0,005200 Ом + 0,05 Ом = 1 Ом + 0,07 Ом = 1,07 Ом, (18)
т.е. реальная величина подключенного сопротивления находится в пределах
от 198,93 Ом до 201,07 мОм относительная погрешность будет определяться как
(1,07 Ом / 200 Ом)100 % = 0,535 %. (19)
Аналогичным образом определяются погрешности для емкости и
индуктивности.
Таблица 4.1- Режим измерения сопротивления (R)
Частота тест сигнала Преде-
лы измерения Разрешение Погрешность измерения
120 Гц 20 Ом 1 мОм ±(0,02'RИЗМ +8 ед. мл. разряда)
200Ом 10 мОм ±(0,005*RИЗМ +5 ед. мл. разряда)
2кОм 100 мОм ±(0,005*RИЗМ +3 ед. мл. разряда)
20кОм 1 Ом
200 кОм 10 Ом
2 МОм 100Ом ±(0,008*RИЗМ +5 ед. мл. разряда)
10 МОм 1кОм ±(0,012*RИЗМ +8 ед. мл. разряда)
1кГц 20 Ом 1 мОм ±(0,02*RИЗМ +8 ед. мл. разряда)
200 Ом 10 мОм ±(0,005*RИЗМ +5 ед. мл. разряда)
2кОм 100 мОм ±(0,005*RИЗМ +3 ед. мл. разряда)
20кОм 10м
200 кОм 10 Ом
2МОм 100Ом ±(0,008'RИЗМ +5 ед. мл. разряда)
10 МОм 1 кОм ±(0,0I2'RИЗМ +8 ед. мл. разряда)
Таблица 4.2- Режим измерения емкости и тангенса угла потерь (С), (D)
Частота Пределы измерения Разрешение Погрешность измерения
120 Гц 20 нФ 1 пФ С ±(0,01*Сизм +5 ед. мл. разряда)
D ±(0,02*Dизм +100/СХ +5ед. мл. разряда)
200 нФ 10 пФ С ±(0,007*Сизм+5 ед. мл. разряда)
D ±(0,007*Dизм +100/СХ +5ед. мл. разряда)
2000 нФ 20мкФ
200 мкФ 100 пФ 1нФ
10 нФ С
D ±(0,007*Сизм +3 ед. мл. разряда)
±(0,007*Dизм +100/СХ +5ед. мл.разряда)
2000 мкФ 100 нФ С ±(0,01*Сизм +5 ед. мл. разряда)
D ±(0,02*Dизм +100/Сх +5ед. мл. разряда)
20мФ 1 мкФ С . ±(0,05*Cизм +5 ед. мл. разряда)
D ±(0,1 *Dизм+100/СХ+5ед. мл. раряда
1кГц 2000 пФ 0,1 пФ С ±(0,01*Сизм +5 ед. мл. разряда)
D ±(0,02*Dизм +100/СХ +5ед. мл. раряда)
20 нФ
200 нФ 1 пФ
10 пФ С D ±(0,007*Сизм +5 ед. мл. разряда) ±(0,007*Dизм+1О0/СХ+5ед. мл.разряда)
2000 нФ 20мкФ 100 пФ
1 нФ С D ±(0,007*Сизм +3 ед. мл. разряда) ±(0,O07*Dизм +100/СХ +5ед. мл.разряда)
200 мкФ 10 нФ С ±(0,01 *Сизм +3 ед. мл. разряда)
D ±(0,02*Dизм +100/СХ +5ед. мл. разряда)
2000 мкФ 100 нФ С (0,05*Сизм +5 ед. мл. разряда)
D ±(0,1*Dизм +100/СХ +5ед. мл. разряда)
Примечания:
а) погрешности нормируются для тангенса угла потерь D 0.1, погрешности дополнительно умножаются на ;
в) Сизм и DИЗМ значения емкости и тангенса угла отображаемые на ЖКИ с учетом единиц измерения;
г) Сх цифровое безразмерное значение отображаемой величины без учета десятичной точки.
Например; на ЖКИ отображается величина 18,888 мкФ, это будет соответствовать Сизм = 18,888 мкФ и Сх = 18888.
Таблица 4.3- Режим измерении индуктивности и тангенса угла потерь (L), (D) при частоте 120 Гц
Частота Пределы измерения Разре-
шение Погрешность измерения
20 мГц 1 мкГн L ±(0,02*Lизм + Lx/1О000+5 ед. мл. разряда)
D ±(0,1*Dизм +100/Lx +5ед. мл. разряда)
200 мГн 10 мкГн L ±(0,01* +Lx/10000+5 ед. мл. разряда)
D ±(0,03* Dизм)+100/ Lx +5ед. мл. разряда)
2000 мГн 20 Гн 100мкГн
1мГн L ±(0,007*Lизм+Lx/10000+5 ед. мл*, разряда)
200 Г н
10 мГн
D
±(0,012* Dизм +100/Lx+ 5ед. мл. разряда)
120 Гц
2000 Гн 100 мГн L ±(0,01*Lизм+Lx/10000+5 ед. мл. разряда)
D ±(0,02* Dизм +100/Lx+ 5ед. мл. разряда)
20000 Гн
1Гн L
D Не нормируется
Не нормируется
Примечания:
а) погрешности нормируются для тангенса угла потерь D < 0,5;
б) Lизм и Dизм значения индуктивности и тангенса угла отображаемые на ЖКИ с учетом единиц измерения;
в) Lx цифровое безразмерное значение отображаемой величины без учета десятичной точки.
Например: на ЖКИ отображается величина 18.888 мГн, это будет соответствовать Lизм = 18,888 мГн и Lx = 18888
Таблица 4.4 - Режим измерении индуктивности и тангенса угла потерь (L), (D) при частоте 1 кГц
Частота Пределы измерения Разре-
шение Погрешность измерения
1 кГц 2000 мкГн 0,1 мкГн L ±(0,01*Lизм + Lx/1О000+5 ед. мл. разряда)
D ±(0,02*Dизм +100/Lx +5ед. мл. разряда)
20 мГн 1 мкГн L ±(0,01* +Lx/10000+5 ед. мл. разряда)
D
±(0,007* Dизм)+100/ Lx +5ед. мл. разряда)
200 мГн 2000 мГн 20 Гн 10мкГн 100мкГн 1 мГн L ±(0,007*Lизм+Lx/10000+5 ед. мл*, разряда)
D ±(0,012* Dизм +100/Lx+ 5ед. мл. разряда)
200 Гн 10мГн L ±(0,01*Lизм + Lx/1О000+5 ед. мл. разряда)
D ±(0,012*Dизм +100/Lx +5ед. мл. разряда)
2000 Г н 10 мГн L Не нормируется
D Не нормируется
3 Техника безопасности при проведении измерений
К лабораторной работе допускаются лица, прошедшие инструктаж по техни-
ке безопасности при работе с электроизмерительными приборами.
1 Перед выполнением лабораторной работы внимательно изучить методические указания.
2 Не включать лабораторную установку без разрешения преподавателя или
лаборанта.
3 Все соединения необходимо производить при помощи стандартных вилок и зажимов.
4 Не оставлять включенную схему без надзора.
5 Убедитесь, что измеряемые компоненты не подключены к источникам
питания
6 Перед измерением емкости обязательно разрядите ее.
7 Если прибор работает рядом с источником сильных электромагнитных излучений, возможна нестабильность индикации ЖК-дисплея, либо отображение недостоверных результатов измерения.
8 При любых отклонениях от нормальной работы лабораторного стенда немедленно выключить электрическое питание и сообщить об этом преподавателю или лаборанту.
6 Контрольные вопросы
1) Что называется тангенс угла диэлектрических потерь?
2) Что такое добротность ?
3) Назначение Е7 - 22 ?
4) Технические характеристики Е7 - 22 ?
5) Назначение органов управления и индикации ?
6) Последовательность подготовки прибора к работе в режиме измерения
емкости (С) ?
7) Последовательность подготовки прибора к работе в режиме измерения
индуктивности (L) ?
8) Последовательность подготовки прибора к работе в режиме измерения
Активного сопротивления (R) ?
9) Требования безопасности при проведении измерений ?
10) Как производится расчет погрешностей измерений ?
Список использованных источников
1 Основы промышленной электроники: учебник для вузов. Под ред.
В.Г. Герасимова, О.М. Князькова, А.Е. Краснопольская. – М.: Высшая школа,
1987 - 288 с.
2 Электрические измерения в химической промышленности / Р.И.Батырев,
Б.Ф. Зарецкий, М.М. Эленбоген и др. - М.: Химия, 1994 – 154 с.
3 Инструкция по эксплуатации прибора " Измеритель LCR Е7 - 22 ".
4 Воробьев А.В., Измеритель иммитанса Е7 - 22 // www. Belvar.ru.
5 Воробьев А.В., Измерители R, L, C // www.usetender.com.
Не Пропустите:
- Электрические и компьютерные измерения ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ МОСТЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Расчетно-графическая работа
- 25Укажите основные типы потенциометров.
- Практическая работа №1 Тема: «Расчёт простой электрической цепи».
- Лабораторная работа №10 Тема: «Измерение сопротивления изоляции электроустановок не находящихся под напряжением».
- Расчетно-графическая работа Электрические и компьютерные измерения ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ МОСТЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА