Laboratornaya10_Izmerenie_induktivnosti_razlichnymi_metodami

Лабораторная работа № 10
Тема: Измерение индуктивности различными методами.

Цель работы:
Исследовать метод амперметра-вольтметра измерения индуктивности;
Исследование индуктивности реального линейного дросселя;
Получение навыков практического моделирования в электронной среде.

Исходные данные:
Напряжение источника (В)
Нагрузка (конденсатор)
Схема №1


Ход работы:
Собрать схему №1 по предложенному чертежу;
Установить режим исследования;
Провести эксперимент;
По полученным данным рассчитать индуктивность нагрузки (дросселя по формуле L= U/(2
· f I), где f – частота источника, U – показания вольтметра I – показания амперметра).
Сравнить результат вычислений с действительным значением нагрузки;
Полученные данные занести в таблицу отчета (таб. №1)
U источника
в Вольтах
Показания приборов
Расчетное значение
нагрузки
Действительное значение нагрузки


Амперметра
Вольтметра









Сделать вывод;


варианта
U источника
в Вольтах*
L1
в Генри

1
6
10 мкГн (
·H)

2
9
20 мкГн (
·H)

3
12
30 мкГн (
·H)

4
24
40 мкГн (
·H)

5
36
50 мкГн (
·H)

6
42
60 мкГн (
·H)

7
60
70 мкГн (
·H)

*частота источника по умолчанию - 60Гц или 50Гц


Исследование индуктивности реального линейного дросселя

Запустить приложение NI ELVIS ;
На появившейся панели инструментов
запустить Digital Multimetr;
Запустить приложение Digital Multimetr;
установить в разъёмы ELVIS рабочего макетного поля исследуемый дроссель

Включить ELVIS в рабочий режим посредством включения выключателей на тыльной и лицевой панели ELVIS;
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Включить мультиметр в режим измерения индуктивности и нажав клавишу произвести измерения;
Данные эксперимента записать в таблице №2

Результат исследования
1
Результат исследования
2






Ответить на контрольный вопрос.
Какие паразитные характеристики есть у дросселей и катушек индуктивности?

Содержание отчета
№ и Тему лабораторной работы.
Цель работы.
Исходные данные варианта.
Краткое выполнение работы (расчеты и определения)
Схемы экспериментов.
Результаты вычислений.
Результаты измерений.
Выводы.
Ответ на контрольный вопрос.
(Какие паразитные характеристики есть у дросселей и катушек индуктивности?)
Теория:
 Катушка индуктивности - это элемент, вносящий в цепь определенную постоянную или регулируемую индуктивность. Катушку индуктивности часто выполняют навивкой проволоки на корпус сделанный из изолятора. Навивка может быть одно- или многослойной. Катушки бывают воздушными (безсердечниковыми) либо с магнитным сердечником.
Катушки индуктивности (см. рисунок) в основном характеризуются следующими параметрами:
индуктивностью и
добротностью.
Основной еденицей индуктивности является Генри [Гн]. Чаще используют в тысячу раз меньшую еденицу, называемую миллигенри [мГн], и в миллион раз меньшую - микрогенри [мкГн].
Индуктивность катушки возрастает с увеличением ее размеров и числа витков. Воздушные катушки имеют индуктивность от 1 Гн до нескольких десятков мГн. Большие значения индуктивности (даже несколько тысяч Генри) получают, когда катушки индуктивности выполняют на ферромагнитных стержнях.
Регулировка индуктивности чаще всего выполняется перемещением сердечника относительно навивки (например, путем вворачивания ли выворачивания сердечника отверткой).

Катушка индуктивности - деталь, которая имеет спиральную обмотку и может концентрировать переменное магнитное поле. В отличие от резисторов и конденсаторов катушки индуктивности являются нестандартными радиодеталями и их конструкция определяется назначением конкретного устройства.







Основные параметры катушки индуктивности:

Индуктивность
Добротность катушки индуктивности
Собственная ёмкость катушки индуктивности
Температурная стабильность (температурный коэффициент)

Величина индуктивности прямо пропорциональна размерам катушки и количеству витков. Индуктивность также зависит от материала сердечника, введённого в катушку и наличия экрана. Расчёт катушки индуктивности выполняется с учётом этих факторов.
При введении в катушку сердечника из магнитных материалов (феррит, альсифер, карбонильное железо, магнетит) её индуктивность увеличивается. Это свойство позволяет уменьшить количество витков в катушке для получения требуемой индуктивности и тем самым уменьшить её габариты. Это особенно важно на низкочастотных диапазонах, когда нужна большая индуктивность. Погружая сердечник в катушку на разную глубину изменяют её индуктивность. Это свойство использовалось в старых радиоприёмниках при настройке на радиостанцию. В современных приборах наиболее часто это свойство используется в индуктивных бесконтактных датчиках. Такие датчики реагируют на приближение металлических предметов.

Влиять на индуктивность катушки можно и при отсутствии в ней подвижного сердечника. В этом случае одну из двух последовательно соединённых катушек помещают внутри другой. Если затем изменять её положение, то индуктивность также будет изменяться. Такая конструкция катушек называется вариометр.

Добротность катушки индуктивности – это качество работы катушки в цепях переменного тока. Добротность катушки индуктивности определяют как отношение её индуктивного сопротивления к активному сопротивлению. Грубо говоря, индуктивное сопротивление – это сопротивление катушки переменному току, а активное сопротивление – это сопротивление катушки постоянному току и сопротивление, обусловленное потерями электрической мощности в каркасе, сердечнике, экране и изоляции катушки. Чем меньше активное сопротивление, тем выше добротность катушки и её качество. Таким образом, можно сказать, что чем выше добротность, тем меньше потери энергии в катушке индуктивности.

Индуктивное сопротивление определяется формулой:
XL =
·L = 2
·fL
Где
· = 2
·f – круговая частота (f – частота, Гц); L – индуктивность катушки, Гн.
Добротность катушки индуктивности определяется формулой:
Q = XL / R =
·L / R = 2
·fL / R
Где R – активное сопротивление катушки индуктивности, Ом.

Ёмкость катушки индуктивности

Каждая катушка, помимо индуктивности L, характеризуется также собственной (межвитковой) ёмкостью CL. Витки катушки, разделённые слоем изоляции, образуют элементарный конденсатор. В многослойных катушках ёмкость возникает между отдельными слоями. Таки образом, катушка индуктивности обладает не только индуктивностью, но и собственной ёмкостью. В большинстве случаев собственная ёмкость катушки индуктивности является вредной, и от неё стремятся избавиться. Для этого катушки индуктивности выполняют со специальными формами каркаса, а обмотки катушки также выполняют специальными способами. Собственная ёмкость катушки также увеличивается, если её намотка выполнена рядами виток к витку.

Индуктивный элемент (катушка индуктивности)
Условное графическое изображение катушки индуктивности приведено на рис. 2,а. Катушка – это пассивный элемент, характеризующийся индуктивностью. Для расчета индуктивности катушки необходимо рассчитать созданное ею магнитное поле.

Индуктивность определяется отношением потокосцепления к току, протекающему по виткам катушки,
.
В свою очередь потокосцепление равно сумме произведений потока, пронизывающего витки, на число этих витков , где .
Основной характеристикой катушки индуктивности является зависимость , называемая вебер-амперной характеристикой. Для линейных катушек индуктивности зависимость представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат (см. рис. 2,б); при этом
.
Нелинейные свойства катушки индуктивности (см. кривую  на рис. 2,б) определяет наличие у нее сердечника из ферромагнитного материала, для которого зависимость магнитной индукции от напряженности поля нелинейна. Без учета явления магнитного гистерезиса нелинейная катушка характеризуется статической  и дифференциальной индуктивностями.


Измерение индуктивности.
      Неизвестная индуктивность Lх с известной электрической емкостью С образуют параллельный колебательный контур. На колебательный контур через резистор R от генератора подается напряжение синусоидальной формы частотой fг. Параллельно колебательному контуру подключается вольтметр V с большим входным сопротивлением, чтобы не шунтировать колебательный контур. [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]       Контур C Lх имеет собственную (резонансную) частоту fо, которая определяется по формуле:
f2o=1/(LxC);
      Изменяя частоту генератора fг по вольтметру V можно определить момент резонанса. При резонансе вольтметра V покажет максимальное значение напряжения на контуре, так как при резонансе fo = fг и контур будет иметь максимальное сопротивление. Зная резонансную частоту fo = fг , можно по формуле определить величину индуктивности:
Lx(мкГн )=2,53·1010/[f2o(кГц)C(пф)] ;
      
Мостовой метод измерения индуктивности.       В момент равновесия моста ZxZ4=Z2Z3, представленного комплексными числами , показание нульиндикатора равно нулю (Рис.30). 
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]       Из этого соотношения можно определить измеряемую индуктивность Lx.       Плечи моста в комплексном представлении будут иметь сопротивление:
Zx=Rх+i
·Lx; Z2=R2; Z3=R3 ; Z4=R4/(1+i
·R4С4);
      Из условия равновесия моста ZxZ4=Z2Z3 будет справедливо равенство Zx=Z2Z3/Z4 , подставив значение плеч моста получим:
Rх+i
·Lx=R2R3(1+i
·R4С4)/R4;
      Учитывая,что R2,R3,С4, R4 величины известные и приравняв отдельно мнимые и действительные части равенства получим выражение определяющее величину измеряемой индуктивности:
Lx=R2R3С4; Rх=R2R3/R4;
       От величины сопротивления Rх зависит добротность катушек. Чем больше величина сопротивления Rх тем лучше добротность катушки.
Q=
·Lx/Rх=
·R4С4 ;
   
Добротность катушки Q, показывает во сколько раз активное сопротивление катушки ХL=
·Lx меньше реактивного сопротивления - чем меньше сопротивление Rх тем меньше потерь в катушке. Измерение индуктивности катушки резонансным методом с небольшой добротностью становится проблематичной, так как при резонансе напряжение на контуре уменьшается и порой нельзя заметить повышение напряжения на контуре в момент резонанса.
  
 Для оперативного измерения сопротивлений, индуктивностей, емкостей разработаны и выпускаются универсальные или специализированные мосты, магазины сопротивлений, и образцовые магазины индуктивностей и емкостей.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]

http://www.toehelp.ru/theory/toe/lecture01/lecture01.html








Раздел 4.Методы и приборы измерений электрических величин ЭИиМ для групп ИТС
Тема 4.1. Методы электрических измерений.
Тема 4.4. Измерение емкости и индуктивности.



Рисунок 1Рисунок 1Рисунок 1Рисунок 1Рисунок 1Рисунок 1Рисунок 5Описание: http://www.normalizator.com/manuals/lessons/golubev/images01/Image102.gifРисунок 4Описание: http://www.normalizator.com/manuals/lessons/golubev/images01/Image104.gifРисунок 3Описание: http://www.normalizator.com/manuals/lessons/golubev/images01/Image105.gifWдђ Заголовок 115

Приложенные файлы

  • doc 18280055
    Размер файла: 1 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий