ON V tde L Ml. FUlETEJ. AMATÖR M~R~SEK (ll.) (Aikatrészek mérése)

Átírás

1 ON V tde L Ml FUlETEJ AMATÖR M~R~SEK (ll.) (Aikatrészek mérése)

2 GONDA GÁBOR AMATÖR M~R~SEK (IL). (Alkatrészek mérése) MAGYA& HONV.tDELMl SPORTSZOVETS.t(:;. 1963

3 'MAGYAR HONVfDELllll SPOJ\TSZÖVETS2G RADIOA:.~.!I. TOR FűZETEI 05. szall Szerkesrll: KUN JOZSEF l lt!a42a...,._. Houu It ' d D.. l '&.. ~ Laplda40 K:.~:::L.-- ~!!! Jt6dlr AJtlen w ".55. :; _-- - zo:~ KésztUt :rti50 pél4ányba.n.... ; :::,;, c.c.. : ". :.erjecelemben ao; MSZ 5801-oll 6I az :MSZ S&l2--.1i. sz '!iz-ó; -. ~4: szl!'rtln. A o rák száma: n.:.:;. U306t,l - %.t1iiyl.!'l:yomaa. s.;..a~ fe:.e!os vezeto..bol&$r 1mre l,iazgato.

4 ELOSZO Ezen kötet az "Amatőr mérések" (MHS Rádióamatőr Füzetei sorozat 55. szám) folytatásaként az elektromos áramkö1 ök alapvető alkatrészeínek mérésével és vizsgálatával foglalkozik. Így tárgyaljuk az ellenállások, kapacitások, induktívítások.és. kölcsönös índuktívitásak mé1 ését. A számos mérésí eljárás közül ebben a könyvben is főleg csak azokat válogattuk össze, melyeket az amatőrök maguk is el tudnak végezni, habár a teljesség kedvéért megemlítünk néhány olyan módszert is, melynek inkább csak elvi jelentősége van. Hogy milwr melyik mérésí eljárást célszerű alkalmazni, arra azt mondhatjuk. hogy ez függ a szükséges pontosságtól, az alkatrész minőségétől, és nem utolsósorban a:<: illető amatőr felkészültségétől, valamint a rendelkezésre álló műszaki és anyagi eszközöktől. Kívánom amatőrtársa.imnak, hogy haszonnal forgassák ezt a ki~ könyvecskét is mérési feladataik megoldása közben. GONDA GABOR okl. elektromérnök. egyetemi tanátseg~d Budapest' Műszaki Egyetem Elméleti Villamoságlan 1\mszék l

5 L ELLENALLAS M~R~SE l. Altalános megjegyzések Az ellenállás egyenáramon a feszültség és áram közötti kapcsolatot adja. vagyis ha egy áramkörben U feszültség hatására I áramerősség folyik, akkor a kérdéses áramkör ellenállása: u R=- 1 V áztakazóáramú hálózatban, (ahol kondenzátor és induktivitás is van) ellenállás helyett az impedanciát szokás megadni, mely komplex szám. Van tehát valós része és képzetes része. Az impedancia valós része az egyenáramú ellenállás vagy ohmos ellenállás. Az ellenállás egysége az l.ohm. Jele: (l. Aramkörökben az ohm tört részei és sokszorosai is előfordulnak. Használatosabbak: Tört része: 10-3 ohm l mq (milliohm) Sokszorosai: 10 3 ohm = l k(l (kilóohm) 106 ohm = l MQ (megohm.) Az előbb említettük, hogy az ellenállás, az impedancia valós része. Az impedancia képzetes része általában frekvenciafüggő. Azon ban a gyakorlatban azt tapasztaljuk, hogy az ohmos ellenállás is függ a frekvenciától. Ennek egyrészt az az oka, hogy szórt kapacitás és vezetékinduktivitás mindig jelen van, ez~k, pedig nagy frekvencián számottevők lehetnek. A frekvenciafüggést ezenkivül még a szkineffektus is előidézi. Ennek az a következménye, hogy a frekvencia növekedésével megnő a vezetékek ellenállása. Ez az ellenállásnöve-' ked'és azonban csak. megahertz nagyságrendű frekvenciák.on kezd számottevő lenni. 2. Ellenállás mérése feszültséc és áraromérés alapján Eien módszer iq'eli QYorsan és egyszerűen elvégezj;ető, hibája viszont, hogy nem nagyon ;: : )S. _-\z l. ábra szerím a múszereket két módon kapcsolhatjuk össze az Rx mérendó ellenállássalmivel mind~ két műszernek véges belső el!""!:állá..c;a van (az ampermérő RA ellenállása nem nulla, és a voltm,::: ~. ellenállása nem végtelen), míndkét kapcsólás mérési hibát ad. A hiba az a) kap<:<:~j3sban a!::':>ól ac ::':'ik, hogy a voltmérő nemesaka mérendő ellen&~. :.n eső :'- m2ri, hanem az amper~ mérő belső ellenállásán eső feszültséget is; a b) kapcsolásnál pedig az ampermérő méri azt az áramot is, ami a voltmérőn folyik át.

6 Ha ismerjük az RA, illetőleg Rv miiszerellenéuásokat, a'ttkor a2 Rx ellenállás értéke pontosan kiszámítható. Az l. a) ábra szerinti kapcsolásban: u. Rx=- --RA. 1 ~ A.; l. b) '" " kapcsolásban: R V U ~ lir. Rv l ábra s~dnti elj 6] ll-t. =.. u t 1. dbra. Elfen4llás mérése R.,-- feszültség-. és átamméréssez l ahol U és I a müszerek által mutatott feszültség- és áramértékek. So)t esetben azonban nem ism~rjük az RA és R v belső ellenállá~ $Okat. ilyenkor elvégezzük a mérést az a) és l;>) kapcsolásban ls, és a helyes eredményt jó közelitéssel a két mérés számtani közepe adja. Ha tehát az a) ábra szerinti kapcsolásban Rxa ellenállást mérünk, a b) ábra szerinti kapcsolásban pedig Rx/1 ellenállást, akkot az Rx mérendő ellenállás valódi értéke (jó k6zelitéssel.): R x ~ Rxa +R Y» f 2 A mérési hiba csökkenthető a mérési módszer helyes megválasz~ tásával ls. Ugyanis, ha kis ellenállást mérünk. célszerűbb a b) ábra szerinti kapcsolás, mert ekkor elhanya~olható a voltmérő műszer terhelése, ha. pedig nagy ellfnállást mérünk, az a) ábra szerinti kapcsolásban az Rx-szel sorbakapcsolt ampermérő belső ellenállása elhanyagolható 3. Ellenállás mérése egyetlen voltméróvfl'l A 2. áby:a szerinti kapcsolásban a kapcsaló 1. állásában U 1 feszültséget méri.ink (ez tulajdonképpen a telep feszültsége), a 2. állásban pedig u2 feszültséget mérünk. A 2. állásban a kör árama:, ul 12= Rx+RII 2. ábra. Ellenállás mérése 'l.'oltméróvel 5

7 ' '.. '. llyenkor -a. voltm.éró viszont: U:~ -= l2r" feszültséget mutat. Az. utóbbi egyenletből la= U., R"' melyet ha az els&e írunk, kapjuk, hogy '.. u2 =.Rv ul Rx+Rv Ebből áz egyenletból kifejezhetjük az ismeretlen Rx ellenállást: Rx=Rv [~:- l J. Ez.a mérési eljárás rend.kivül gyors, de csak abban az esetben ad k~~ elégítő pontosságot, ha a telep feszültsége nem esik nagyon le, aza2 a két mérés alatt ugyanaz marad a feszültsége. 4. Közvetlenmutató ellenállásmérö (ohmméró) Az alábbi két megoldásbanolyan. műszert készíthetünk, melyet közvetlen ül ellenállásban lehet skálázni.. A 3. ábrán feszültségmérővel mérünk. A mérés megkezdésé előtt (Rx-et még nem kötjük be) az R ellenállás változtatásával a V volt~ mérő műszert végkitérítésre állítjuk. Ekkor a műszerre jutó fes2ült~ ség: l. ábra. Közt etlenmutató ohmmérő voltméróvel U1=U R". R+R" Ezután a múszerrel párhuzamosan kötjük az Rx mérendő ellen:íllást. amitől a mutatott feszültség csökken. Új értéke:. 8 U 1 =U 1 ~ -+ B R x R R.., R ~ 1+- R

8 Ebből az egyenletből kifejezhetjük a keresett Rx ért~két: R.. B Rv U" Rv U -(R+Rv) U= x= -. A m.ér~s m.enete ezekután úgy történik, hogy az. R ellenállással a müszert Végkitérésre állítjuk, és leolvassuk az R értékét. Most bekap.. c:soljuk az Rx-et, és leolvassuk a műszer által mutatott U z feszültséget. Ezekből, valamint a telep U feszültségéből és a voltm~ő. Rv belső ellenállásából az Rx értéke kiszámítható. Mivel a végkitérés az R-el csak egyszer állítandó be - ha közben nem változik a telepfeszültség -- a műszer skálája közvetlen ill U 2 -ben, vagyis Rx-ben skálázható. Alialában a feszültségmérő műszer Rv bel'ső ellenállása sókkal nagyobb, mint az R beállító ellenállás, és ilyenkor az Rx ellenállás meghatározására szolgáló fenti képlet az alábbi egyszerűbb alakot ölti:... B.,=B..U;, u-u. Nézzünk egy gyakorlati számpéldát. Legyen: A közelító képletből Bx...:.R R. = 10 ko R = l k!j U -10 v u 2 = 3 V 3 u 2. =l U-U, " 10-3 =0,428 k!2=428!.1. Szerenesésebb a fenti módszernél az, ha nem az R ellenállás változtatásával állítjuk be a műszer végkitérését, hanem a tetep feszültségének a változtatásával - potencióméter segítségével -, mert így ldküszöbölhetö a tápfeszültség ingadozásából származó mérési hiba. Az emlitett másik - titkábban használt - megoldás árammérő múszert használ. (Lásd 4. ábra.) Ennél először az Rx helyett egy rövidzárat kötünk be, és R-el ismét végkitérést állítunk a múszeren. Ezután, ha R:r mérendő ellen:állást kötünk a pontokra, az áram lecsökken:

9 u l= Rx+RA+R értékre. Ebből a keresett R.)C ellenállá.~ u Rx= J -(B+IlA), 4. t!pjj<a. K;6.wet1eftmutctó ohmmé ó e~.mperml7'6vsl vagy mjvel általában az ampermér& ellenauása kiesi: u R.- --.B l Ennél a kapcsolásnál is megtl"hetjük, hogy az R elll!nillut csak egyszer állitjuk be, miáltal a mutatós mdszer közvetlenül Rx~ben skálá.2ható. Ez az eljárás különösen kis ellenállások mérésére alkalmas. A módszernek egy kicsit eltérő változata látható az. 5. ábrán. Először zárjuk a K kapcsolót, ekkor a voltmérő ao kitérést mutat. Ezután nyitjuk a kapcsolót, ekkor a kitérés a.x. Ebből a keresett ellenállás: u Rx=- -R. I 5. ábra. Köz-a>etlenmutató ohmmérl$ Pérsze, ha az a 0 kitérést mindig azonosra választjuk (például végkitérésre), akkor az előző módszert kaptuk vissza. s: Ellenállás mérése összehasonlítással Ha N>ndelkezésünkre állnak ismert értékű, viszonylag pontos ellenállások (RN - ún. normálellenállások), akkor helyettesitéssei két módon, nagyon gyorsan és egyszerűen mérhetünk ellenállást. a) JJ:ZLenáLlás mérése áramösszehasonlítással A 8.. ábra szerinti kapcsolásban a K kapcsolót először az N ál lásba kapcsoljuk, és leolvassuk az ampermérő an.!ptérését. Ezután 8

10 6. á.bra. Ellenállá.s mérése áramösszehasonlítással a kapcsolót az X állásba kapcsolva a műszer ax kitérését. A két miorésből az RA ismeretében a an-ax Rx=R;v- +Ra----. ax ax Általában az ampermérő belső ellenállása nagyon, kicsi, és ilyenkor Rx = RN!'!.!:! ~. ax Ha RN ellenállást változtatui tudjuk, a meres még gyorsabbá tehető. Ugyanis addig szabályozzuk az Rv -et, míg ugyanazt a kité-; rést nem kapjuk mind a két kapcsolóállásban. Ekkor a mérenclő el~ lenállás értéke megegyezik az RN -nek a rárajzolt skálájáról leolvasható értékével, b) Ellenállás mérése feszültségösszehasonlítással Az előzökhöz hasonló módszernél (lásd 7. ábra) a voltméröt egyszer az ismert ellenállásra, azután pedig a mérendö ellenállásra kaocsoljuk. A műszer kitérése rendre an, illetőleg a x Ezzel a mérendő ellenállás értéke: ~ 7, ábra. Ellenállás mérése feszültségösszehasonlítással Ennek a mérési eljárásnak a pontossága valamivel nagyobb, mint az előző módszeré. Ilyen módon kis és közepes nagyságú ellenállásokat mérhetünk egyenáramon vagy.hangfrekvencián. 9

11 6. Ellenállásmér,és hídmódszerekkel A hídmódszerek (vagy más néven nullmódszerek) igen nagy m~ rési pont0sságot tesznek lehetövé. Igaz, hogy viszonylag lassabbak, mint a közvetlenmutató eljárások. Ebben a pontban csak a Wheat~' stone-híddal foglalkozunk. / Ez a leggyakrabban alkalmazott ellenállásmérési eljárás.. A kapcsolás a 8. ábrán látható. Nem lényeges, hogy az R:J ellenállás legyen a változtatható elem, bármelyik másik alkalmas. A kiegyenlíté& feltétele, (amikor a műszer nullát mutát): 8. ábra. Ellenállásmérés Wheatstone-hídban R1R~ ' R2R3, amiből a keresett ellenállás értéké~ Rx = Rz R Rl 3. A mérés menete tehát a következó: addig szabályozzuk a vál toztatható elemet - jelen esetben az R 3 ellenállást -, míg a müszer nullát nem mutat, azután. leolvassuk az ellenállások akkori értékét. Mivel az R, és R2 ellenállások állandó értékűek, hányadósuk is állandó, így az R; 1 ellenállás skálájára közvetlenül az R:r értékét írhatjuk fel. Ezáltal a mérés nagyon meggyorsul. A mérés akkor a legpontosabb, ha az összes ellenállás azonos nagyságrendbe esik, ezért az ellenállásokat cserélhetőre vagy átkap- csolhatóra szökták készíteni. 7.' Nagyon nagy eiíenállások mérése Az eddigi eljárások elvileg mindig alkalmazhatók, de nagyon nagy ellenállások. (l MQ felett), mérésekor különböző pontossági és szigetelési problémák lépnek fel. Ilyenkor sikerrel alkalmazhatók az alábbiakban leírt m~rési módszerek. a) Elektroncsöves euen.áuásmérő A 9. ábra szerinti kapcsolásban a mérés kezdete előtt rövidre zárjuk az 1-2 pontokat és az Rt ellenállás változtatásával kinullazzuk az anódköri indikátorműsz.ert. Ezután nyitva hagyjuk az 1-2 ro

12 ~u. 4 f ] z / beméneteket és az Rt ellenállás válteztatásával a műszert végkitérésre áll'ítjuk. Most rákapc~öljuk az 1-2 pontokra az Rx mérendő ellenállást. Ekkor a cső rácsára U-= Ua R~ R R 4 -r R,. nagyságú feszültség jut, mely~t az anódon felerősítve kapunk meg. Erré közvetlel'lül skálázható az.anódköri műszer. A fenti egyenletből az Rx ellenállás értéke: Rx = UaR4 - U(R 3 + R4 ). u. b) Ellenállásmérés időmérés alapján Különösen nagyértékű ellenállások esetén alkalmazhatók a következőkben leirt mérési módszérek. A 10. ábra szerinti kapcsolásban a C kapacitású kondenzátort a kapcsoló z, állásában U egyenfeszültsé!lre töltjük fel, majd a kapcsoll 10. ábra. Ellenállásmérés időmérés alapján u

13 lót átkapesolva kisütjük az 1lx mérendő ellenálláson. Közben mérjük az ellenálláson levő feszültséget egy műszerrel. Ez a feszültség az időben változni!og. Az átkapcsolás utáni első pillanatban a feszült ség értéke U, majd - mivel a kondenzátor kisül.,... lassan nulla lesz a feszültség. Mérjük azt az időt, ami az átkapcsolástól addig telik el, mi.g a feszültség 40 / 0 -ára csökkent, tehát 0,4 U értékű lesz. Ez az idő t mcj.sodperc. Ebből a mérendő ellenállás értéke t Bx= 0. Célszerű egymásután több időmérést végezni, ~s azok átlaglit fogadni el. Pontosabb mérést tesz lehetövé a ll. ábrán r látható kapcsolás, 11. ábra. Ellenállás mérése időmérés alapján összehruonlítdssgl ahol ugyancsak időmérést végzünk, de most összehasonlítással dolgozunk és felhasználunk egy ismert értékű RN ellenállást. A mérés maga úgy történik, hogy feltöltjük a kondenzátort a telepből, és rákapcsoljuk az- RN ellenállásra. Megmérjük, mekkora idő alatt esik le a feszültség U 1 értékre (ez az idő most tetszőleges, nem kell, hogy 0,4 U legyen). Ezután a kondenzátort ismét a telepre kapcsoljuk, majd az Rx ellenállásra kapcsolva megmérjük, hogy ebben az esetben mennyi idő alatt csökken a feszültség az előbbivel egyező U 1 értékre. Ha az előbbi idő tn, az utóbbi pedig tx, akkor a mérendó ellenillas értéke B. B t:~e x= N-. tn Ehhez a méréshez nem is kell ismerni a kondenzátor kapacitá Siit, viszont az szükséges, hogy a két ellenállás értéke azonos nagyságrendbe essék. 12

14 é) Ellenállás mérése Wien-hídban A híd egyik ágába helyezzük el az ismert RN és CN elemeket, a másik ágába pedig az Rx mérendő ellenállást és a vele párhuzamosan kapcsolt változtatható C kondenzátort. A híd kiegyenlítésének a feltétele: l / ahol ro- generátor feszültségének körfrekvenciája ábra. Ellenállásmérés Wien-hídban A mérés menete. tehát az, hogy a C kondenzátor változtatásával, illetőleg a transzformátor középleágazásának változtatásával a műszeren nullát állítunk be és azután az elemek értékéből a fenti képletek alapján kiszámítjuk Rx értékét. Az eljárás előnye, hogy az R"l ellenállásnak nem kell abba a nagyságrendbe esnie, amilyen nagy Rx, tehát nagy ellenállásokat mérhetünk kis ellenállás felhasználásával. d) Ellenállás mérése kettős forgókondenzátorral Rádiófrekvenciás generátorral, egy kettős forgókondenzátor felhasználásával, a 13. ábra szerinti kapcsolásban, a kondenzátor változtatásával minimumot állítunk be a műszerem. Ebben az esetben a mérendő ellenállás értéke, ha R sokkal nagyobb, mint r:!3. ábra. Ellenállás mérése lcettlls 101'gókondenzátorra~ 13

15 A múszer érzékenységének a kiválasztása céljából megadjuk azt, hogy a múszerre jutó minimális feszültség U U-,. ~ u_!_ min = '~ R -r 2r R' ' 8. Nagyon kis ellenállások mérése Az eddigiekben leírt eljárások alkalmazhatók ebben az esetben is, de nagyon kis ellenállások (l ohm alatt) mérésekor problémák léphetnek fel. Ebben az esetben előnyösen alkalmazható a Thompson-hidas méré.si módszer. Ennek vázlata a 14. ábrán látható. 14. ábra. Ellenállá~mérés Thomson-hídbcm A hidat kiegyenlítjük, és ebben az esetben a mérend6 ellenállás értéke: Rx = R N Rl + ( Rl - Rs J R4rv R 2 R 2 R 4 R 3 + R 4 + r" ahol rv az Rx és RN ellenállásokat összekötő vezeték ellenállása. Altalában úgy állitják össze a hídkapcsolást, hoiy teljesüljön az alábbi arány: Rl = ll3 R2 R4' és ilyenkor a mérendó ellenállás a következő nagyon egyszer(.í egyenletből számolható ki: R Rx=RN- 1 R., Hasonló egyenletet kaptunk, mint ~ ami a Wheatstone-hídnál volt, úgyhogy például állandó ~viszony esetén RN közvetiehül.r2 Rx-be~ skálázható.

16 9. Telep belső ellenállásának mérése Gyakran szükséges, hogy ismerjük valamely telep - legtöbb- ször zseblámpaelem - belső ellenállását. A mérést legegyszerűbben a következő két módszerrel lehet elvégezni. a) Mérés voltméró segítségével A 15. ábra szerint egy kisfogyasztású (nagy belső elle)l!ijlá.sú) voltmérővel először a kapcsoló nyitott állásában mérünk. Ekkor ~ --. l l l l v r- l l Ró l l l l q,-=l L- 15. ábra. Telep belső ellenállásának mérése voltméróvel 16. ábra. Telep belső ellen4llásának mérése vou- és amperméróvel lajdonképpen az üresjárási feszültséget, az Ui,-t mérjük. Ezután zárjuk a kapcsolót, és így U 1 feszültséget mérünk. Ebből a keresett belső ellenállás [ U. ] Rb = _b - l R:. Ut A mérés pontossága akkor a legnagyobb, ha az Rt értéke közel áll az :t?.b értékéhez. Valamivel gyorsabb mérést tesz lehetóvé a 16. ábrán látható kapcsolás. (Igaz, hogy ehhez két műszer szükséges.). b) Mérés volt-. és ampermérő segítségévet Először a kapcsoló nyitott állásában leoivássuk a feszültségmérő műszer állását. Ez az üresjárási feszültség, az U b Ezután az Rt ellenállást bekapcsolva leolvassuk az árammérő műszer által mutatott értéket (ez az áramérték I 1 ), és a feszültségmérő műszer által mutatott ~:téket (Ut). A három adatból a keresett belső ellenállás R~>= Uó-Ut It

17 10. Műszerek belső eljenáltásának mérése Igen pontos mérést tesz lehetővé és kíméli a műszert a túl terhe.. léstől a 17. ábrán látható mérési elrendezés. 17. ábra. Múszer belső ellenállásának mérése A múszert egy egyenáramú Wheatstone-híd egyik ágába kötjük. Mellette levő ágába R szabályozható ellenállást kötünk. A másik két hídágba egyforma nagy ellenállásokat teszünk, melyeknek az értékét nem is szükséges ismerni, csak az a lényeges, hogy egyenlők legyenek. A híd átlójába kötött kapcsolót ki-be kapcsolgatva addig szabályozzuk az R ellenállást, amíg a múszer árama nem változik a kapcsolgatáskor. Ekkor Rm =R 11. Ribahelyek meghatározása Hosszú vezetékek és kábelek a használat közben meghibásodhatnak Három gyakori hiba szokott előfordulni: l. földzárlat, 2. eg~.;más közötti zárlat, 3. szakadás. A hiba kijavítása általában nem okoz problémát, ha tudjuk, hol állt elő a hibahely. Ezt azonban nem szoktuk tudni, csupán a hiba felléptéről van tudomásunk. Hosszú vezetékek esetén azonban - különösen ha föld alatti kábelekről van szó - kellemetlen, ha nem ismerjük a hiba pontos helyét, mert a vezetéken végigmenni nagyon nagy munka és előfordulhat, hogy nem is látható jól a meghibásodás. Viszont, ha behatároltuk a hiba pontos helyét, akkor azon kis környezetben alaposan át tudjuk vizsgálni a vezetékeket. A hibahelyek pontos behatárolását teszik lehetövé az alább leírt - igen szellemes - eljárások, melyek ellenállásmérésen alapulnak. l Q

18 \ l! a) Földzárlat helyének meghatározása A Murrey által javasolt eljárásnál a 18. ábra szerinti kapcsolásban mérünk. Tételezzük fel - és ezt a következőkben is tesszük -, hogy a kábel többerű, és található legalább egy olyan ér, amelyik nem hibás. Ez a hibátlan ér az ábrán az A'-B' szakasz. A hibás ér pedig az Rx R 2 ellenállású A-B szakasz. Ezen az egyik végétől lx távolságban földzárlat (El van, melyne.k földelési ellenállása Rh. l 18. ábra. Földzárlat helyének meghatározása A kábel egyik végén a B-B' pontokat összekötjük egymással, a másik végén pedig az A-A' pontokhoz R 1 és R3 ellenállásokat kapcsol unk. Így egy Wheatstone-híd jön létre, melynek ágellenállásai Rt, Rs + R2, Rx és R3. Ezt a hidat egy telepről tápláljuk. Látható, hogy a H földzárlatos hely Rh átmeneti ellenállása a feszültségforrással sorba van kötve, tehát a híd kiegyenlített állapotában a mérést nem befolyásolja. A hidat az R3 ellenállás változtatásával kiegyenlítjük (ezt a G galvanométer indikálja).. A kiegyenlítés esetén, mint ismeretés R1Rx = R3(R.s R2), vagyis a hibás helyig terjedő szakasz ellenállása J;l3. Rx =-(Rs +R2).,,,; RI Legyen. valamennyi kábel ugyanolyan ellenállású, méterenkénti ellenállása k. Ekkor az egyes szakaszok ellenállásai a hosszakkal kifejezve: Rz= klx, R 8 =kl, R2 = k {l-lx) 2 Amatór mérések 17

19 Ha ezeket az egyenleteket behelyettesítjük a fenti kifejezésbe, kapjuk, hogy: ~._27. Ra 8 1 i"" R 3 Ebből az egyenletml a hiba távolsága pontosan és gyorsan megha tárotha tó. b) Zárlat helyének meghatározása Az ugyancsak Murray által javasolt módszer arra alkalmas, hogy megállapitsuk, hol jött létre a kábelben két vezeték közti zárlat. A 19. ábra szerin.t 1smét feltételezzük, hogy a kábelben maradt legalább egy ép ér Legyen ez az A"-B" ér. Az A'-B' és A-B erek egymás közt zárlatba kerültek Lx távolságban. li. dbro.. Zárlat helyének meaha.tároz4~4 A mérés menete hasonló az előző eljárashoz. összek5tjuk a kábel B'-B" végeit és kiépítjük a Wheatstone-hldat.. A híd ágai rendre: Rt. R 6 + R 2, Rx és R 3 Ha a galvanométer kiegyenlítést mutat: vagy az előzőkhöz t> RI. fi "":!: == - (R, +..al!), hasonlóan R l l. Ra R 1 +Rs 18

20 c) Szakadás helyé'tj.e'k meghat4rozása Szakadáskor a hiba helyének meghatározása úgy történik, hogy megmérjük a szakadt ágak kapacitásait, Mivel a kapacitás a vezetékbosszal arányos, a kapacitás méréséből a hosszúság számolható. Ezek szerint a szakadási helymérés elvileg kapacitás é& nem ellenállásmérés, az egységesség kedvéért mégis itt tárgyaljuk. A 20. ábra szerinti kapcsolásban a mérés váltakozó feszültség.. get' történik, és indíkátorul váltóáramú műszer vagy légtöbbször fej.. hallgató szolgál flo. ábra. Szakadáa helyének meghatározcúa Az ábra szerint ismét van egy A'-B' ép ér. Cx-szel és Cy-nal jelöljük az A-B szakadt ér két szakaszának földkapacitását. Ennél a mérésnél is kialakítunk egy Wheatstone-hidat. (A hídkapcsolást részletesen majd a kapacitásmérésnél ismerte,tjük.) Az Rt vagy R2 ellenállasolt változtatáliiával kiegyenlítjük a káp. csolást. Ekkor: amiből 2* 0,.,- R2 O-y. R l Vi.zont a klpacitésok aranyosak a vezetékhot&~kkal,. tehát O,.,==cl~e, O 11 -;--c(2l-l.,), a keresett távolság: l,== 2l R2 Rt+ B2.,

21 12. Negatív ellenállások mérése a) Bevezetés A korszeru híradástechnika számos olyan félvezető elemet használ, mely negatív ellenállású karakterisztika szakasszal is rendelkezik. Ez - mint ismeretes - azt jelenti, hogy azon a szakaszon növekvő feszültséghez csökkenő áram tartozik. Sok esetben szükség van a negativ ellenállásérték számszerű ifmeretére is, ezért az alábbiakban ismertetünk néhány jól használható gyakorlati kapcsolást negatív ebenállások mérésére. azonban a mérési módszereket bemutatnánk, néhány Mielőtt szót kell szálnunk a negatív ellenhllások tulajdonságairól. A negatív ellenállások, karaktensztikájuk alapján két csoportba oszthatók (21. ábra). Az a) ábrán az úgynevezett N-típusú, a b) áb- / 1 l (/ Q 21. áb1'a. Negatív ellenállású elemek karakterisztíkája rán az S-típusú ellenállássa! rendelkező eszköz karakterisztikája látható. (Az elnevezés, nyilván a karakterisztlka képébql származik.) Ismert tény, hogy negativ ellenállást IS tartalmázó áramkörök hajlamosak a begerjedésre. Bebizonyíthaták a következő tételek Az N-típusú elemeknél akkor nem lép fel begerjedés, káros rezgés. ha a negatív ellenállású elem kapcsaira nézve a külső kör ellenállása kisebb, mint a negatív ellenállás. Ezt ezért rövidzárban stabil negatív ellenállásnak nevezzük. Az S-típusú elemnél fordított a helyzet. Ennél akkor nem lép fel rezgés. ha a külső kör ellenállása nagyobb, mmt a negatív ellenállás. Ennek a neve tehát üresjárásban stabit negatív euenállás. Míelőtt tehát megmérjük a negatív ellenállást. meg kell hatá-

22 roznunk, melyik csoportba tartozik, ~s ezután figyelni kell a következökre: Rövidzárban stabil negatív ellenállások mérés$or olyan mérési elrendezést kell alkalmazni, melynél a mérendő ellenállás csatlakoztatására szolgáló kapcsok között a mérendő ellenállás abszolút értékénél kisebb ellenállás mérhető. Üresjárásban stabil negatív ellenállások mérésekor viszont a helyzet éppen fordított. Ekkor olyan kapcsalási elrendezést kell használni, melynél a mérendő ellenállás csatlakoztatására szolgáló kapcsok között a mérendő ellenállás abszolút értékénél mindig nagyobb ellenállás legyen mérhető. b) Negatív ellenállások mérése differenciálhídban A 22. ábrán néhány differenciálhíd kapcsolása látható. Az alábbi táblázatban röviden megadjuk, hogy melyik kapcsolás milyen feltételek kőzött használható rövidzárbm stabil, és mikor Üresjárásban stabil negatív ellenállások méréséh~ és hogyan Számítható a mprendó ellenállás. u ~Y] "' l R". ~n Rx o., ~t, {) R -~. R ::::; ~,d; 22. cíbra. Differenciálhíd kapcsolások negatív ellenállás méréséhez 21

23 Kap A rövidzárban sta b il Az üresjárásban 'stabil OI!O!IÍ.s negatív ellenállás negativ ellenállás (4.bra) mériahatar!m.. ~ér~a.t4rai Mérend6 e!lel}ál~ <1~";) érté~e 22 a.. -R,+-- - B. ;n: ~R1 + B, ~ 221;1. -.-It""..", R(l! ~!.J, + Pm. 22c. - =w R 1 R,., +u'1 -""""' -- L,,.. d$ llf!ll":llill! 'R,., +Re. B R2+R, """'. ' '?' _". x. a 2 sws e._wwacm 4& Ullt4Z#t&W A>zt :e:.~ ~ ::smr &;;((tia SQW W R R +R ll". +P 11 R,.+ B"... '.. R, r= d "..-..!;!..:... '" l l 22 '!! ~... CJC f! í& c) Negatív ellenállás mérése hídkapcsolásban A 23. ábrán megadunk két hídkapcsolást, mely negativ ellenállások mt;résére alkalma$. (lí't!!ltételezz{ik, hogy a nmatív ellenállás szórt kapq.citását elhanyagolhatjuk. Ha ezt nem tehetjü!~; meg, az D.) b.) ~~. jbra. Neaatw ellefl4llások mlr~s~ h!dka,uolásht~n irodalomban található többi módszer közill kell válaszúmi.) A méróműszer belső ellenállását nagynak tételezzük fel A 23. ábrán látható hídkapcsolás kiegyenlítése esetén a mérendó negatív c;:llenállás értéke:

24 R D R ll,p, -l-. h,. "-Lit..j. rövidzárásban stabil neg~tfv ellenállás mérése esetén a mérésl határok: 9 ll. R g R,+ R,+ R, > -R$':)>-o Célszerű lehet néha felcserélni ebben a kapcsolásban a ge>ner!itort és az indikátor műszert. Tlyen~or az ellenállás <;zámftására szolgáló képlet változatlan marad, 11 mérési határok viszont: lgr, >-R.> - R,. + ll,..t- P, q A 33. b) 4brat 3~1ril\ti kttpc!ljel4sban kiegyen]ft~lil tsetéft: /í1 - "'~ R"=. '" r.,~ It, + R~ Ebben az esetben a rövidzárban stal;>il negat{v ellenállások m&; résí határai:

25 ll. KAPACITAS M~R~SE 1. Altalános megjegyzések A kondenzátornak kapacitása van, mely meghatározza a váltakozóáramon mutatott ellenállását. Ha a kondenzátor kapacitása C, és a frekvencia f (vagy á körfrekvencia w 2nf), akkor a kondenzátor által tanúsított "ellenállás", azaz a reaktancia x =_I_ roo A fenti képletből látható, hogy minél nagyobb a használt frekvencia, annál kisebb a kondenzátor reaktanciája. Egyenáramon - mivel az f = O frekvenciájú váltakozóáramnak tekinthető -, a kondenzátor reaktanciája végtelen nagy, teháti szakadásnak tekinthető. A kapacitás egysége az l Farad. Ez azonban túl nagy egységnek bizonyult, ezért tört részeit szakták használni. Ezek: " 10-6 F - l p.f (mikrofarad), 10-g F = l nf (nanofarad), F = l pf (pikofarad). Néha használják még a régi "cm" egységet is, melynél 10 Icm= -pf. 9 A valóságban a kondenzátorok veszteséges elemek. Ezt úgy szokták figyelembe venni, hogy egy úgynevezett veszteségi ellenállást kötnek vele sorba vagy párhuzamosan. A 24. ábrán megrajzoltuk a két esetnek megfelelő, úgynevezett helyettesítő kapcsolásokat. A veszteséget általában az úgynevezett tangens delta (tg ll) formájában adják meg. Ennek értéke a soros kapcsolásban: 24. ábra.. Val6ságos kondenzátor he-o lyettesítő kapcsolása tg ll = wcrs, a párhuzamós kapcsolásban pedig l tg~= ro ORp 24

26 Pontosabb számítás'oknál még a2;i is figyelembe kell venni, hogy az Rs és Rp is függ a frekvencíától. A kapacitás mérése tehát nemcsak abból áll, hogy megmérjük C értékét, hanem meg kell mérni a ellenállást is. Ennél vagy közvetlenül R 5, illetőleg Rp értékét mérjük, vagy a tg 15-t mérjük, amiből ro és C ismeretében Rs és Rp számítható. 2. Kapacitásmérés időmérés alapján Ez a módszer teljesen hasonló az I. 7./ b) fejezetben ismertetett eljáráshoz, csak most nem az ellenállást, hanem a kapacitást keressük. Vagyis a 40%-ra esőkkent esetér 0=-t. R A mérés akkor ad megfelelő pontosságot, ha a kisütő ellenállá~ sokkal kisebb, mint a kondenzátor veszteségi ellenállása. Ezt a feltételt nem nehéz teljesíteni jó minő:eégű kondenzátor esetén. 3. Kapacitás mérése periódikus feltöltéssel és kisütéssei A 25. ábra szerinti kapcsolásban a kondenzátort az egyenfeszültségű telepről másodpercenként n-szer feltöltjük és kisütjiik. Ekkor a kondenzátor töltőárama melyet az egyenáramú árammérő műszer mér --arányos az n-nel, U-val és a C-vel, tehát a mérendő kapacitás értéke: 25. ábra. Kapacitás merese periódikus feltöltéssel és kisütésse' l 0=nU Természetesen jobb, ha a kapcsolgatást nem kézzel 'végezzük, hanem egy vibrátorral, vagy jelfogóval, amikor is a működésí frekvenc!,a f. Ebben az esetben a kapacitás értéke: l 2/U. '

27 Nézzünk az eljárás használhatóságára egy számpéldát. 10 voltos telep és 200,uA-es műszer felhasználásával 50 Hz-ről táplált jelfogó Y;il kapacitást akarunk: mérni. Mekkora az a legkisebb kapacitásérték, amit még mémi tudunk? Nyilvánvaló, hogy ha nagyon kicsi a kapacitás, kicsi lesz a töltőáram, azt nem lehet leolvasni a műszeren. A 200,uA-es műszeren jól le lehet még olvasni 10 f1a áramértéket. Ezzel a legkisebb mérendő kapacitás I IO-s 0 mm ~10~F mht = 2/U Kapacitás mérése gyúrús (Ring)_ modulátorral A mérés elve ennél a móds:zernél is periódikus feltöltés és kisütés. de a kapcsolgatást a 26. ábra szerint nem.kézzel vagy mechanikus szarkezettel végezzük, hanem elektromos elven, a gyűrűs vagy Ring-modulátor segítségéve!. - Zli. ábra. Kapacitás mérése Ring-modulá~orTal Ha a váltakozó feszültségű generátor frekvenciája f, a múszer árama I, az egyenfeszültségű telep feszültsége lj, a mérendő kapacitás értéke: 0=_!_ 2/U

28 5. Kapacitás mérése Thomson-m6dszerrel Az igen szellemes mérési eljárás tulajqonképpen egyenáramú hídkapcsolás, melynek egyik ágában helyezkedik el a periódikusan kapcsolgatott mérendő kondenzátor. 27. ábra. Kapacitásmtfrés Thomscm-módszerrel A;, elózőkből tudjuk, hogy egy periódikusan feltöltött és kisütött kondenzátor I = ncu ri'agyságú áramot vesz fel, tehát úgy viselkedik, mint egy l B,;z:;- no érmkd ellenállds. Tehát, ha a hidkapcsolás ki van egyenlítve (a mú szer nullát mutat),. RcR2 = R1R.J. amiből a keresett kondenzátor értéke: 0= B2 nb 1 R 8 A kapcsolgatást természptesen jelfog6val VJgy 1!\ing...modulátor..; ral cél:l:z;erű végezni. 6. Kapacitás mérése feszültség.. és áramméréssel A 28. ábra szerint a kondenzát<;>rra U feszültségű, M körfrekven.. ciájú generátort kapcsolunk. Ennek hatására a körben l erősségű áram folyik. Ebből a kondenzátor kapacitása I 0=--- rou rn A "' ' c '28. ábra. Kapacitás mérése feszültség- és árammérésset

29 Ebben a kapcsolásban - akár a hasonló ellenállás mérési eljárásoknál -r- hibát okoznak a műszerek belső ellenállása!. Itt az árammérő műszer Rm belső ellenállása okoz hibát. A hiba abszolút értéke: LIO IBm Um' a=u-= u ahol Um az árammérő műszeren létrejövő feszültségesés. Nézzünk egy számpéldát. A mérőfeszültség U 10 V, a műszer feszültségesése: Um = 100 mv. Ilyenkor a mérési hiba abszolút értéke: Az eljárás főleg kis veszteségű kondenzátorok kapacitásának mérésére alkalmas. 7. Kapacitás és veszteségi tényező mérése három voltméróvel A Cx mérendő kapacitást a 29. ábra szerint egy CN ismert értékű, pontos kondenzátorral kapcsoljuk sorba. Mérjük a generátor, azaz a két kondenzátor feszültségét (U), a hiteles (UN) és a mérendő kondenzátor feszültség ét (U x) A mért feszültségek alapján a kondenzátor kapacitása: c, 2U~ O s = O N =-----=-- U 2 -U~-U~ 29. ábra. Kapacitás és veszteségi tényező mérése három voltmérővel a veszteségi szög pedig (a CN kondenzátor veszteségének elhanyago-. lásával): tg <5

30 8. Kapacitás mérése két voltmérőve! Ha mérendő kondenzátor vesztesége kicsi, az előző kapcsolásnál használt elrendezésben u'.lj +un~ u. és fgy az U feszültség mérése' el is hagyható. Most tehát mérjük a 29. ábra szerinti kapcsolásban U N és U x értéké t, amelyből UN Oa:=ON- De t. Közvetlenmutató kapacitásmérók A három voltmérő közül most ne az U, hanem az U_v feszültsége~ mérő műszert hagyjuk el. Így a 29. ábra szerinti kapcsolásban mérjük a.z U és az Ux feszültségeket. Ezekkel: Oe=ON U-Ux Mivel az U feszültség állandó (ez a generátor feszültsége), az Ux-et mérő műszer közvetlenül Cx-ben skálázható. Végül a három voltmérő közül meg lehet tartani az U és az U N feszültségeket mérő műszereket, melyekkel D x UN Ox=ON D-UN Ebben az esetben is közvetlenül C x-ben lehet skálázni az UN értékét mérő műszer skáláját. ' 10. Elektrolitkondenzátorok mérése Az elektrolitkondenzátorok kapacitásának mérésekor polarizáló egyenfeszültséget is kell alkalmazni, melynek értéke jóvaf nagyobb. kell, hogy legyen, mint a mérő (váltakozó) feszültség. A mérés a 30. ábra szerinti kapcsolásban végezhető el. Ez tulajdonképpen elvileg megegyezik a II. 7. fejezetben ismertetett háromvoltmérős módszerrel. A potencióméterrel beállítjuk a polarizáló egyenfeszültséget, majd a kapcsoló három állásában - egy voltmérő

31 30. áb~a. Elektrolitkondenzátor kapacitásának mérése segítségével - megmérjük a három fes21ültséget. A müszer elé kötött kondenzátor 'azt a célt szolgálja, hogy ne kerüljön az egyenfeszültség a műszerre, csak váltakozó feszültség. 11. Kapacitásmérés hídmódszerrel A hídmódszerek - habár nem. túl gyors mérést tesznek lehetövé - íg~n pontos mérési eljárások. Gyakorlatilag bármilyen frekvencián használhatók. X hídmódszerekkel nemcsak a kapacitás értékét, hánem a kondenzátor veszteségi ellenállását, és ezen keresztül a tg ö értékét is meg lehet mérni. A 31. ábrán néhány gyakrabban használatos kapacitásmérő hídkapcsolás látható. (Meg kell jegyezni, hogy nemcsak a 31. ábrán bemutatott kapcsolások segítségével lehet kapacitást mérní, hanem például az "Amatőr mérések" 51. oldalán látható frekvenciamérő hidakkal, vagy az ebben a kötetben később tárgyalandó induktivitásmérö hidakkal is.) A 31. a) ábrán látható hídnál kiegyenlített állapotban Cz=Ct Ra R 2 B..=Rt Rs. R, tg 6 = (!) C1R1. A 31. b) ábrán az úgynevezett Wien-híd rajza látható. Kiegyenli.. tés esetén

32 C-; 31. ábra. Kapacitdsmérö hidkapcsoldsok

33 A 31. c) ábrán az úgynevezett Schering-híd látható. Most o.=ol R3~. R 2 llz=r 03 20/ ' tgö=wrps A 31. d) ábra az úgynevezett rezonancia-híd kapcsolását mutatja. Ha a híd ki van egyenlítve: l 0,;=-- w 2 L' &= R'-lj!_!_Rt R 4 ~- R~ t 3 ~R gu- 1R4.. otl A 31. e) ábrán a Carey-Foster-híd kapcsolása látható. Kiegyenlítés esetén: ' o it::- _!!_. Rl.R2' Rz=R2 [!2_-l J )j[ A 31. f) ábrán az úgynevezett Davies-Hower-híd kapcsolása látható. Kiegyenlítés esetén:

34 12. Veszteségi tényező mérése Moullin-módszerrel A 32. ábra szerinti kapcsolásban U váltakozófeszültséggel táplálunk egy hídkapcsolást. Ha a C N kondenzátort veszteségmentes- 32. ábra. Veszteségi tényező múése Moullin-módszerrel nek tekinthetjük, a műszeren C N változtatásával mi.nimumot állítunk be. Ekkor a müszer Um, feszültséget mutat. Ebből a keresett veszteségi szög 4Um tgl5=-.-. u A mődszer elsősorban nagyveszteségű kondenzátorok mérésére, használható. 33

35 l. Altalános megjegyzések Az önindukció együttható az áramváltozás és a fe,zültség közötti kapcsolatot adja meg, például tekercs esetén: At u= L--.. 4t' ahol L - az úgynevezett öniftdukoi9 f:!gyütthat6. Az önindukció együtthjtó ~ akárcsak a kapacitás - kizárólag az adott elem (tekercs) geometriai méreteirol függ. Vasmagos köröknél - például fojtótekercs esetén - azonban a tekercsen átfolyó áramtól is függ, ami abbyit jelel'l.t, kegy ft!=m állandé a~: i:rtdukeió együttható. Az önindukció együttható egysége a He?try. Ennek t&l't p4jpei lll használa t osak: I O-il H = l,tth (mikrohenry). 10-'1 H = ~ m'h (millihenry), Ahogy a valóságes kondenzátornak van veszt~sége, és, hflllyfitesítő kapcsolása, úgy a valóságos induktivitásnak is van helyetteafta kapcsolása. melyben soros (R 5 ) vagy párhuzamos (Rp) ellenállás szerepe!. A veszteséget induktivitásoknál nem a tg Ö-val, hanem az ú~nevezett jósági tényezővel jellemzile Ennek értéke valamely ro körfrekvenciánál Az induktivitás "ellenállása" váltakoz6ármnon az i'ígynevezett reaktancia: X r..= wl. Ennek értéke láthatóan a frekvenciával egyenesen arányos, tehát az w = O körfrekvencíájú egyenáramön a tekercs rövidzárként viselkedik. Az önindukció együttható az e11enállás és kapacitás me11ett a harmadik legfontosabb áramköri jellemző, igy mérésére igen sok módszert dolgoztak ki. Mi ezek közül is csak- a legfontosabbakat tárgyaljuk.

36 2. Önindukció-együttható mérése feszültség- és árammérővel A 33. ábra szerinti kapcsolásban a hangfrekvenciás tartományban mérhetünk önindukció együtthatót. Ha a műszerek U és l érté keket mutatnak, a mérendő indukció együttható l V('7)2. L=w T -R2' ' 13. ábra. Önindukció ern~üttható mérése volt és ampermérővel ahol R - a tekercs veszteségi euenáll~~a. ~zt az ellená11ást előzőleg valamelyik ellenáhás mérési eljárással meg ke]] határozni. Ha az R értéke k!~i - ily~enkor a jó!lági tényező nagy.;.._, a képle-tből el IS lehet hagyni 1t~-et. Ei:zel termésjetesen mérési hibát vétünk. Ennek n!l-gysága:.at l --~~. L 2Qa Ha például a tekercsüftk j6s!gi t.ényezője Q = 10, az indukcié JYüttnat6 l\'l4r6~ek t:~ontatlal'lsága l l --=-- = 0,005 0,5 ; 0 2Q 2 2 JOO Ennél az eljárásnál hibát okoz termés~etesen a mérő műszerek v~ bel~ő ellenállása is. 3. tjnindukció-egyi,ittható mérése három voltméróvel A ábra szerinti kap(;iiol~sbeln a mér~qdő Vftllilteséges tekercscsel sorbakapcsolunk egy ismert R ellenállást, és mérjük a generáter Ua feszi.iltségét, a!! ellenállás D~t feszültségét. valamínt a tekercs th feszültséget. E2ek alapján a keresett önindukció együttható ~r.. té ke; li

37 34. ábra. Onindukció ~gyüttható mérése három voltmérővez a tekercs jósági tényezője pedig: Q:e = v --4-:U:::-::-i.-=U-::i:------~- (U~- u;.- U~) 2 Ennél a mérésnél hibát okoz az UL értékét méró feszültségmérő műszer véges belső ellenállása. Ez a hiba annál kisebb, minél nagyobb a műszer belső ellenállása. Ha 1%-os mérési hibával megelégszünk, a műszer belső ellenállásának 100-szor nagyobbnak kell le~ni a tekercs reaktanciájánál, azaz Rm =- IOO ro L"" Igy ezzel a voltmérővel mérhetó legnagyobb indukció együttoo ható: R", Lmax=--. loow Ha az 50 Hz-es hálózattal mérünk, és mfiszerünk belső állása Rm = 3MQ, akkor a legnagyobb mé,rhető induktivitás: R", L =--= t:::>~iooh. max loow ;>r;50 ell~ Természetesen ennél a háromvoltmérős mérési eljárásnál is elég egyetlen műszer, ha azt egymásután kapcsoljuk a mérési pontokra, a kapacitásmérésnél ismertetett elv szerint.

38 4. Önindukció-együttható mérése Zinke módszerével A mérés a 35. ábra szerint tulajdonképpen hídkapcsolásban, ösz. szehasonlítással történik. Ha a kapcsaló két állásában azonos feszültséget mérünk, akkor a tekercs induktivitása - eltekintve a veszteségtől: l 35. ábra Önindukció elltlüttható mérése Zinke-módszerrel 5. Önindukció-együttható mérése rezonancia-módszerrel A rezonancia módszer közepes és nagyobb frekvenciás mérés ese-. tén célszerű. Ennél egy pontos frekvenciájú generátorra és egy váj..... toztatható és ismert kondenzátorra van szükség. A 36. a) ábra szerinti kapcsolásban a mérendő tekerecsel párhuzamosan kapcsoljuk a kondenzátort. Addig változtatjuk a kondenzátor értékét. míg az árammérő műszer minimum<;>t nem mutat. Ekkor a mérendő önindukció együttható értéke: 36. ábra. Önindukció együttható m~rése rezonancia-módsze1 rel A 36. b) ábra szerint soros rezgőkört képezünk, és ilyenkor az árammérő műszeren maximumot állítunk be. A mérendő önindukció együttható ugyancsak a fenti képlettel számolható. 37

39 ' 6. Unindukdó-együttható mérése áramösszehasonlítással. A 37. ábra szerínti kapcsolásban a tekercs. áramát megmérjük, miközben a kapc.soló az 1. állásban \'an. Ezután átkapcsoljuk a kap csalót a 2.. állásba, vagyis a tekerecsel párhuzamosan kapcsolunk egy változtatható kondenzátort. Addig sza.bályozzuk a kondenzátort, amíg az 4rammérő műszer ugyanazt az áramot nem mutatja, mint előbb. Ha ehhez C értékű kondenzátorra van szükség, akkor a mérendő önindukció együttható: l L:IJ=-. 2m 20 Ez a módszer, az előzőhöz ha- sonlóan - csak nagyobb frekvencián használható, mert változtatható kondenzátor általában né B'!. ábra. Onindukci6 együttható métése áramösszehasonlítással hány száz pikafarad értékben kapható. Nézzünk a módszer alkalmazására egy számpéldát. Rendelkezésünkre au egy C = 500 pf értékű forgókondenzátor. (Vegyük ennek a középállását, C = 200 pf-ot.) Lx 1 mh körüli önindukció együtthatót akarunk mérni. Határozzuk meg először. hogy mekkorának kell lenni a generátor frekvenciájának. A fenti képlet szerint: 1 L =_..;._ ~!t 2r > 20' amiből... 1fl v co = V 2JJ7:;- t l 12. l. I o-a= 1,585,106, 1/seo. amiből a mérő frekvencia szü~séges ért,éke: f =..!!!_ = 250 khz. 2n Határozzuk még meg, hogy ehhez a méréshez U = 1 V -os telep esetén milyen érzékenységű árammérő műszer szükséges. Az áram Dlérő műszeren átfolyó ára01: rt 1 I=-..., , 0,63 ma. rol l,585 I06.1Q-3

40 7. Önindukció-együttható mérése áthidalt T-kapcsoláshan A 38. ábra szerinti kapcsolásban a kondenzátorok kapacitásának változtatásával és az R ellenállás szabályozásával a műszeren minimumot állítunk be. Ekkor a mérendő önindukció együttható értéke: 2 Lz;=--.-, ru 20. a tekecs soros veszteségi ellen(llása: l Ra:=--- Rw202 ' ezekból pedig a jósági tényező Q=2.ru.R.C. 38. ábra. önindukció együttható mé.: rése áthida.lt T-kupc.:~alásban!:z a kapcsolás akkor ls alka1mazhat6, ha a tekercs előmágn~ sezett. Ilyenkor a bpmenetre az egyen- és váltakozófeszültségű gene I'IÍ&tort sorosan kell kapcsolni és a kimeneten a műszereket is sorbakötve kapcsoljuk. 8. Elt'imágnesezett fojtótekercsek önindukció-enutthatójának mérése Hálózati készülékek anódpótlóiban és egyéb helyeken nagyon sokszor alkalmaznak olyan vasmagos induktivitásokat, melyeken ü.zemszer-aen egyenáram is átfolyik. Mivel ilyen tekercsek öninduk~ ció együtthatája függ az átfolyó egyenáram értékétől, szükséges az, hogy mérni tudjuk az indukció együtthatót az üzemi állapotban, tehát egyenárammal átfolyt esetben. Előmágnesezett tekercsek ötíindukció együtthatóját mérni tudjuk az előző pontban ismertetettáthidalt T-kapcsolással is. Egyszerű mérést tesz lehetövé a 39. ábrán látható kapcsolás; A hálózati feszültséget - célszerűen letranszformálva - egyenirányítjuk, de az egyenirányitás után nem alkalmazunk szűrést. Igy az A ponton olyan feszültség jelenik meg, mely egyenáramú és váltakozóáramú összetevőt ls tartalmaz. Az egyenáramú komponens hozza létre a tekercs előmágnesező áramát, melynek értékét az Re ellen AllAtsal állítjuk be, ás Mt egyenáramú műszerrel mérjük. A válta- 39

41 89. ábra. Előmágnesezett tekercs önindukció együtthatójának mérése kazóáramú komp_onens segítségével mérjük a tekercs reaktanciáját, melyből az önindukció együttható meghatározható. Mérjük tehát az M2 müszerrel a tekercsen létrejövő U"' L feszültségesést, és az R ohmos ellenállásan létrejövő U""' R feszültségesést az M 3 müszerrel. Ez utóbbiból lehet meghatározni a kör váltakozóáramát, mellyel a reaktancia számítható. (Az M 2 és M 3 műszerekkel sorbakapcsolt kondenzátorok arra a célra szolgálnak, hogy ezek a műszerek ne mérjék az egyenáramú komponenseket is.) A fenti mérési adatok esetén 50 Hz-es hálózatról, egyutas egyenirányítás mellett a mérendő önindukció együttható:. i ' A képletben RL a tekercs egyenáramú ellenállása, melyet előzőleg meg kell mérni. Természetesen alkalmazhatunk kétutas egyenirányító kapcsolást is, akkor R' L Egy másik, egyszerű meres1 eljárás előmágnesezett fojtótekercsek önindukció együtthatójának mérésére az alábbi: A 40. ábra szerint az Lx mérendő tekereset egy lengőfojtós, kétutas egyenirányító kapcsolásban helyezzük el. A transzformátor szekunder kapcsain 2XU értékű feszültség jelenik meg. Az R ellenállás 40

42 u Le= 0,424 ie l. x 40. ábra. Előmágnesezett fojtóteleeres önindukció együtthatójának mérése változtatásával beállítjuk az üzemszerű Ie előmágnesező áramot. Ha a váltakozófeszültségű árammérő I c áramot mér, akkor a mérendö önindukció együttható értéke jó közelítéssel: 9. Önindukció-egyÜttható mérése hídkapcsolásban A hídkapcsolások igen pontos mérést tesznek lehetövé, de viszonylag lassú mérési eljárás. Hídkapc~olásokban megmérhetó az indukció együttható is, és a veszteségi ellenállás is, arniből a jósági tényező számítható. A számos hídkapcsolás közül a legfontosabbakat a 41. ábrán mutatjuk be. A 41. a) ábrán az úgynevezett Induktivitásmérő-híd rajza látható. A kiegyenlítés esetén La:= R 1 L, Rx = R 1 R Q= rol. ~ ~ ' R A 41. b) ábn1 az úgynevezett MaxweH-hidat mutatja. Kiegyenlítés esetén a mérendő értékek: Lx ' R 1 R 2 0, Rz= R1R2 R Q= wrc. A 41. c) ábrán a Hay-híd kapcsolása látható. ~nnél, ha a híd ki van egyenlítve: _ R L 1 R 2 0 ro 2 RR 1 R 2 0z l x-, Rx, Q=--. l+ a:/'r l+ ro 2 R ruro

43

44 41. ábra. önindukció egyiittható mérése hídkapcsolásban A 41: d) ábra az úgynevezett Owen-híd kapcsolását mutatjaj Ennél a hidnál kiegyenlítés esetén: Lx=R1R2C1 Rx =Rl Ol o. 2. Q= wrzc~. l~

45 A 41. f) ábra az úgynevezett Rezonancia-híd rajzát mutatja. Kiegyenlítés esetén: Rx = R.R_!_ R ' A 41. g) ábrán a Starr-híd rajza látható. Ennél úgy történik a mérés, hogy először rövidrezárjuk az Rx-Lx kapcsokat, és így kiegyenlítjük a hidat. Ez valamely R 2 és C 2 értékeknél következik be. Ezután a bekapcsolt Rx és Lx esetén egyenlítünk. Ekkor R' 2 és C'2 értékeket olvasunk le. Ezekkel a rotkendő mennyiségek: L _ l C' -C 2 2 ~--- R. = R'2- R2, ~ ru'l{;2 C'2 ' 4 3 A 41. h) ábrán az úgynevezht Anderson-híd kapcselását láthatjuk. Kiegyenlítés esetén: L =.!!:..IR.p [R x R a 3 A 41 i) ábra az llliovici-híd rajzát mutatja. Kiegyenlítés esetén a mérendő értékek: A 41. j) ábrán végül az úgynevezett Butterworth-híd kapcselását mutatjuk be. Ennél a kiegyenlítés esetén: 44 Lx= O R 1 [R(R 3 R 4 ) R 3 (R 2 +R~ J,. R,. R" R 3 -[R1+R2J, R 4 R(R 3 -J- R 4 ) + R 3 (R 2 + R 4 ) R 1 R2

46 ÍO. Jósági tényező mérése A jósági tényező ismerete főleg rezgőkörökben alkalmazött tekercseknél igen fontos. Fizikailag a jósági tényező meghatarozása: a tekercs mágneses erőterében felhalmozott mágneses energia maximális értékének viszonya az egy periódus alatt hővé váló energiához. Számítása, mint láttuk: Q= rol = Rp. Rs rol A jósági tényező frekvenciafüggő, és vasmagos tekercseknél még az ~tfolyó áramtól is függ. A jósági tényező mérhető az eddig tárgyalt önindukció együttható mérési módszerekkel is, de ha csak a jósági tényezőre vagyunk kíváncsiak, az önindukció ~gyütthatóra pedig nem, akkor az alibbi néhány egyszerűbb, és közvetlenmutató eljárás is használható. A 42. ábra szerint a mérendő tekereset sorbakapcsoljuk egy változtatható kapacitású kondenzátorral és egy árammérővel A mérés úgy történik, hogy a kondenzátor változtatásával először áramrnaximumot állítunk be. Ez a rezonancia esete. Ilyenkor a kondenzátor értéke Co, az áram I 0 Ezután lecsökkentjük a kapacitást Ct-re,.áz áram ilyenkor It, majd a kapacitást növelve áthaladunk Co-on is """'"" ismét It értékű lesz az áram. Ehhez C2 értékű kapacitás tartozik. Ezekkel az adatokkal a mérendő jósáci tényező: I A l Q c C, C. Cz 42. ábra. Jósági tényező mérése Ennek a mérési eljárásnak egy módosított változata, amikor nem a köráramot mérjük, hanem a kondenzátor feszültségét. Ilyenkor

47 43. ábra. Közvetlenmutató ;ósági ténye;:o mét6 kapcsolás Közvetlenmutató jósági ténye~ő mérő mo.f)zer kés~ith~tó a if;8. ábra szerinti kapcsolásban. A mérendő telwrcsből és egy változ:tat~ ható kapacitású kondenzátorból soros rezgőkört készítünk, és ezt egy R ellenállásra kapcsoljuk. Ezen az ellenállásan egy változtatható frekvenciájú generátorból I áramot vezetünk át. Ennek az R ellenállásnak sokkal kisebbnek kell lenni, mint az Rx-nek, nehogy arra is számottevő áram folyjék át. A ktmdenzátorra nagy belső élienállású feszültségmérőt kötünk. A genenitort olyan frekvenciára állítjuk rá, amelyen a jósági tényezőt mérni akarjuk..ezután a kondenzátor kapacitásának változtatásával a feszültségmérő műszeren maximumot állítunk be (U). Ezekkel az adatokkal a jósági tényező értéke: u Q=-. IR fgy, ha azonos áramot állítunk mindig be, a feszültségméró md.. szer közvetlenül Q-ban skálázható. ll. Tekercs önkapacitásának mérése Ez a mérés szigorúan véve nem tartozik ebbe a fejezetbe, de mivel tekercsek vizsgálatával főleg itt foglalkozunk, ezen a helyen tárgyaljuk a sokszor igen fontos önkapacitás vagy szórt kapacitás mérését is. A 44. ábra szerint a mérendő tekercsből és egy változtatható kondenzátorból soros rezgőkört képezünk, és rákapcsoljuk azt egy változtatható frekvenciájú generátorra. A kondenzátor sarkain nagy belső ellenállású feszültségmérő műszerrel mérjük a feszültséget.

48 c r--u---, l l c 44. ábra. Tekercs önkapacitásá:nak mérése 45. ábra. Diagram tekercsek önkapacitásának mérés~hez Különbözö frekvenciákorr mérjük a rezonancia beállításáhóz szülftséges kapacitás értékét. (A rezonanciát úgy észleljük, hogy a feszültségmérő mo.szer maximális kitérést ad.) Ezután a mérést kiértékelve diagramban ábrázoljuk a kapacitás függvényében a frekvencia négyzetének recíprokát (lásd 45. ábra). Ez egy egyenest ad meg. Ha ezt az egyenest meghosszabbítjuk a negatív kapacitások irányába is, a tengellyel való metszéspont éppen a Co önkapacitást adja meg. 12. Tekercsek tnénetzárlatának kimutatása A 46. ábra szerint két azonos felépítésű vasmagos tekercsből és két azonos értékű ellenállásból szímmetrikus hidat építünk fel. Az ' ellenállások megfelelő beállításával a hidat kiegyenlítjük. Ezután az egyik tekercs vasmagjára ráhúzzuk a mérendő tekercset. Ha abban nincs menetzárlat, az indikátorműszer nem tér ki. Ha azonban a tekercs menetzárlatos, nagy kitérés áll elő. 46. ábra. Tekercs menetzdrlatánák vizsgáltha

49 W. KULCStJNUS.INDtJKCIO-EGYtlTTHATÓ Ml?JR~SE l. Altalános. megjegyzések Ha két tekercs megfelelően közel van egymáshoz, az egyikben 1 ulyó váltakozóáram váltakozófeszültséget indukál a másik tekerc~ben. Ennek az indukált feszültségnek az abszolút értéke: - U2 =w MI1, a hol ro - a körfrekvencia, It - az -első tekercsben folyó áram, U 2 - a második tekercsben indukált feszültség, M - az úgynevezett kölcsönös indukció együttható. 1 Látható, hogy a kölcsönös indukció együttható hasonló jellegű :nennyiség, mint az önipdukció együttható, így egysége is ugyanaz. A kettő közötti nagy különbség az, hogy a_ két tekercs bekötésétől függően a kölcsönös indukció együttható negatív is lehet, továbbá, hogy az M értéke függ az egymáshoz viszonyított geometriai helyzettől is. ' Be szakták vezetni a csatolási tényező fogalmát is, mely az egyes tekercsek L 1 és L- 1 önindukció együtthatójával és a közöttük levő M kölcsönös indukció együtthatóval a következő összefüggésben van: M k=-;:---= VL1L2 Ezt általában százalékban adják meg. Néha használják az úgyneve- zettszórás vagy szórási tényező fogalmát is, melynek kifejezése: Cl= l- k 2 Ha áramköröket számolunk, akkor nem tudunk csatolt tekercsekkel számolni, hanem felhasználjuk a 47. ábrán látható helyettesítő kapcsolást á1-yra. Csatolt tekercsek he!yettesítő- kapcsolása