Laboratornaya9_Izmerenie_emkosti_razlichnymi_metodami (1)

Лабораторная работа № 9
Тема: Измерение емкости различными методами.

Цель работы:
Исследовать метод амперметра-вольтметра измерения электрической ёмкости конденсатора;
Исследовать электрическую ёмкость реального конденсатора;
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 электролитическую ёмкость нагрузки (конденсатора С= I/(2
· f U), 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*
С1
в Фарадах

1
6
0,5 мкФ (
·F)

2
9
1,0 мкФ (
·F)

3
12
1,5 мкФ (
·F)

4
24
2,0 мкФ (
·F)

5
36
5,0 мкФ (
·F)

6
42
10,0 мкФ (
·F)

7
60
20,0 мкФ (
·F)

*частота источника по умолчанию - 60Гц или 50Гц


Исследование электрической ёмкости реального конденсатора

Запустить приложение NI ELVIS ;
На появившейся панели инструментов
запустить Digital Multimetr;
Запустить приложение Digital Multimetr;
установить в разъёмы ELVIS рабочего макетного поля исследуемый конденсатор (строго соблюдая полярность при измерении электролитических конденсаторов);

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 ёмкости конденсатора 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 конденсаторов?

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 конденсаторов?)
Теория:
Емкостный элемент (конденсатор)
Условное графическое изображение конденсатора приведено на рис. 3,а.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Конденсатор – это пассивный элемент, характеризующийся емкостью. Для расчета последней необходимо рассчитать электрическое поле в конденсаторе. Емкость определяется отношением заряда q на обкладках конденсатора к напряжению u между ними
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
и зависит от геометрии обкладок и свойств диэлектрика, находящегося между ними. Большинство диэлектриков, используемых на практике, линейны, т.е. у них относительная диэлектрическая проницаемость[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] =const. В этом случае зависимость [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат, (см. рис. 3,б) и
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ].
У нелинейных диэлектриков (сегнетоэлектриков) диэлектрическая проницаемость является функцией напряженности поля, что обусловливает нелинейность зависимости [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] (рис. 3,б). В этом случае без учета явления электрического гистерезиса нелинейный конденсатор характеризуется статической [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] и дифференциальной [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] емкостями.

Для измерения параметров конденсаторов применяются методы вольтметра - амперметра, непосредственного измерения при помощи микрофарадметров, сравнения (замещения), мостовой и резонансный.
Напряжение, приложенное к конденсатору при любом его испытании, не должно превосходить допустимого рабочего напряжения. Если в процессе испытания конденсатор заряжается до значительного напряжения, необходимо производить его разряд по окончании испытания (например, с помощью кнопки, включённой параллельно конденсатору).

Измерение ёмкостей методом вольтметра - амперметра
Метод вольтметра - амперметра применяют для измерения сравнительно больших ёмкостей. Питание измерительной схемы обычно производят от источника тока низкой частоты: F = 50...1000 Гц, поэтому оказывается возможным пренебречь активными потерями в конденсаторах, а также влиянием реактивных параметров измерительных приборов и паразитными связями.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Рис.1. Схемы измерения ёмкостей методом вольтметра-амперметра
ёСхема измерений представлена в двух вариантах на рис. 1. Проверяемый конденсатор Сх включается в цепь переменного тока известной частоты F, и реостатом (или потенциометром) R устанавливают требуемое по условиям испытания либо удобное для отсчёта значение тока I или напряжения U. По показаниям приборов переменного тока V и mА можно рассчитать полное сопротивление конденсатора
Z = (R2+X2)0,5=U/I ,       (1)
где R и X = 1/(2*
·*F*Cx) - соответственно его активная и реактивная составляющие.
Если потери малы, т. е. R << X, то измеряемая ёмкость определяется формулой
Cx = I/(2*
·*F*U).      
Схема на рис. 1, а, даёт достаточно точные результаты при измерении больших ёмкостей, сопротивление которых X значительно меньше входного сопротивления вольтметра V.
Схема на рис. 1, б, применяется для измерения меньших ёмкостей, сопротивление которых в десятки и более раз превышает сопротивление миллиамперметра mA. Предположим, что требуется измерять ёмкости в пределах 0,1-1 мкФ на частоте 50 Гц при наличии миллиамперметра переменного тока на 3 мА. Так как сопротивление этих ёмкостей X = 3200...32000 Ом во много раз больше любого возможного сопротивления миллиамперметра, то измерение следует проводить по схеме на рис. 2, б, при напряжении питания U 
· I*X = 0,003*3200 
· 10 В.
Схема на рис. 1, а может быть применена и для измерения ёмкостей электролитических конденсаторов. Если напряжение питания не превышает 1-2 В, то измерение допустимо проводить при установке переключателя В в положение 1. При больших переменных напряжениях возможно повреждение конденсаторов вследствие разложения электролита. Эта опасность устраняется, если переключатель В установить в положение 2. При этом последовательно с источником переменного тока частоты F включается источник постоянного тока, напряжение на зажимах которого U0 должно превышать амплитуду переменного напряжения. Тогда в цепи будет действовать пульсирующее напряжение, безопасное для конденсатора при условии правильной полярности его включения в схему. Пульсирующее напряжение можно также получить при последовательном включении в измерительную схему диода. Во всех случаях вольтметр V и миллиамперметр mA должны измерять лишь переменные составляющие напряжения и тока, для чего они выполняются с закрытой схемой входа.
Измерение ёмкостей методом сравнения (замещения)
Данный метод базируется на сравнении действия, оказываемого измеряемой ёмкостью Сх и известной ёмкостью Со на режим измерительной схемы.
Простейшая схема измерений, в которой ёмкости Сх и Со сравниваются по значению их сопротивления переменному току, приведена на рис. 2. При включении конденсатора Сx потенциометром R устанавливают в цепи ток, удобный для отсчёта или контроля по миллиамперметру переменного тока mA или другому низкоомному индикатору. Затем вместо конденсатора Сx присоединяют к схеме магазин ёмкостей или образцовый (опорный) конденсатор переменной ёмкости и изменением его ёмкости Со добиваются прежнего показания индикатора. Это будет иметь место при Со = Сx. Погрешность измерений зависит от чувствительности индикатора и погрешности отсчёта ёмкости Со; она может быть получена равной примерно 1% и менее.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Рис. 2 Схема измерения ёмкостей
При измерении ёмкостей свыше методом сравнения 5000 пФ схему измерений можно питать от сети переменного тока частотой 50 Гц. Для измерения меньших ёмкостей необходим генератор, работающий на более высоких частотах. Во всех случаях для обеспечения безопасности индикатора в цепь следует включать ограничительный конденсатор (С1) или резистор.
Метод сравнения в различных вариантах широко применяется в мостовых и резонансных измерителях ёмкостей. Он может быть реализован и в микрофарадметрах при существенном снижении погрешности измерений.


[ 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 1Wдђ Заголовок 115

Приложенные файлы

  • doc 18280056
    Размер файла: 725 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий