Спосіб вимірювання добротності котушок індуктивності

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в электроизмерительных приборах и системах. Известен способ измерения добротности путем преобразования и сравнения напряжений на исследуемом комплексном сопротивлении и источнике напряжения, реализованный в устройстве для раздельного измерения параметров комплексного сопротивления [Авт.св.СССР №1366969, кл. G 01 R 27/02,1988]. Недостатками способа являются высокая погрешность измерений и сложность реализации способа. Высокая погрешность измерений обусловлена нелинейностью амплитудных характеристик преобразователей, нестабильностью напряжения смещения нуля. Сложность реализации способа обусловлена большим количеством блоков преобразования. Наиболее близким техническим решением является способ измерения добротности катушек индуктивности, реализованный в кумметре ВМ-560 (Измеритель добротности ВМ-560 (ЧССР)/Техническое описание и инструкция по эксплуатации). Сущность способа состоит в том, что исследуемую катушку соединяют последовательно с образцовым конденсатором и источником гармонического напряжения. Изменяя емкость образцового конденсатора, настраивают контур, образованный последовательным соединением исследуемой катушки и образцового конденсатора, в резонанс с напряжением источника. Затем измеряют напряжение на образцовом конденсаторе и по его значению судят о величине добротности. Недостатками способа являются низкая точность измерений, большая трудоемкость и сложность автоматизации процесса измерений, обусловленные необходимостью проведения поиска и настройки колебательного контура в резонанс. Низкая точность измерений обусловлена сложностью настройки в резонанс при низких добротностях исследуемых катушек индуктивности. Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в разработке способа измерения добротности катушек индуктивности. При осуществлении изобретения может быть получен технический результат, заключающийся в том, что в заявляемом способе применяются операции, которые позволяют исключать необходимость настройки колебательного контура в резонанс. При этом достигаются потребительские свойства, заключающиеся в повышении точности измерений путем исключения погрешности от неточности установки момента резонанса, снижении трудоемкости, уменьшении времени измерений, в простоте автоматизации процесса измерений. Сущность изобретения заключается в том, что исследуемую катушку соединяют последовательное образцовым конденсатором и источником гармонического напряжения, измеряют величину фазового сдвига между напряжениями на исследуемой катушке и образцовом конденсаторе и рассчитывают добротность по формуле где j - фазовый сдвиг между напряжениями на исследуемой катушке и образцовом конденсаторе. Сложность автоматизации процесса измерений обусловлена необходимостью введения в устройство, реализующее известный способ, электромеханической цепи настройки (реверсивный двигатель, усилитель) на резонанс. При этом реверсивный двигатель, выполняющий роль звена обратной связи, изменяет емкость образцового конденсатора так, что колебательный контур в установившемся режиме настроен на резонанс. Однако с введением электромеханической цепи настройки усложняется общая структура устройства. Поскольку ротор электродвигателя представляет собой инерционную массу, механически связанную с валом регулировки емкости образцового конденсатора, то усложняется и алгоритм работы устройства. Для повышения точности настройки в качестве двигателя можно использовать малоинерционный шаговый двигатель, однако при этом возникают дополнительные погрешности, связанные с неточной регулировкой значения емкости образцового конденсатора в процессе настройки колебательного контура в резонанс за счет дискретности углового поворота ротора шагового двигателя. Вместо электродвигателя в цепи обратной связи можно использовать электрически управляемые реактивные элементы. Однако при этом мерой измеряемой емкости является ток или напряжение соответствующе го управляемого реактивного элемента. Это приводит к дополнительным трудностям, связанным со съемом полезной информации за счет нелинейных зависимостей. На чертеже показана эквивалентная схема измерительной цепи, содержащая образцовый конденсатор 1, исследуемую катушку индуктивности 2, состоящую из сопротивления 3 потерь и индуктивность 4. К измерительной цепи подключен источник 5 гармонического напряжения. Предлагаемый способ определения добротности катушек индуктивности осуществляется следующим образом. Исследуемую катушк у 2, образцовый конденсатор 1 и источник гармонического напряжения 5 соединяют последовательно. При этом в измерительной цепи возникает ток lm, под воздействием которого на & исследуемой катушке индуктивности возникает напряжение UmL : & где Um - комплексная амплитуда напряжения источника 4; & Zэ - комплексное эквивалентное сопротивление измерительной цепи; & ZL - комплексное сопротивление исследуемой катушки 2; j = - 1. Приняв начальный фазовый сдвиг напряжения источника 4 равным нулю, получим: где Um - амплитуда напряжения источника 4; r - активная составляющая комплексного сопротивления исследуемой катушки индуктивности 2; UmL - амплитуда напряжения на катушке индуктивности 2; j L - начальный фазовый сдвиг напряжения на катушке индуктивности 2. На образцовом конденсаторе 1 отложится напряжение: где Umc - амплитуда напряжения на образцовом конденсаторе 1; jс - начальный фазовый сдвиг на образцовом конденсаторе 1. & & Измеряют фазовый сдвиг j между напряжениями UmL и Umc : Учитывая, что добротность катушки 2 равна XL , из выражения (4) можно найти: r Таким образом, значение фазового сдвига между напряжениями на образцовом конденсаторе 1 и исследуемой катушке 2 может быть проградуировано в единицах добротности.