За допомогою мультиметра ми можемо виміряти опір, але в радіоаматорського практиці потрібно вимірювати так само, індуктивності і ємності. Дуже давно для цих цілей (а так же, і для вимірювання опорів) застосовуються досить своєрідні прилади - вимірювальні мости.
Ці прилади настільки своєрідні, що у них навіть може не бути індикатора. Уявіть, - перед вами невеликий прилад з повертається рукояткою, навколо якої нанесена шкала, є перемикач меж вимірювання, клеми і. гніздо для навушників.
Одягаєте навушники (там чується звук високого тону), підключаєте до клем, наприклад, конденсатор ємність якого потрібно виміряти і повертаєте ручку так, щоб звук зник (або став мінімальної гучності). Чи помічаєте на якому розподілі шкали рукоятки звук зник і так, з цього поділу, визначаєте ємність.
Що таке вимірювальний міст
А тепер розберемося, - що ж таке вимірювальний міст? Почнемо з моста постійного струму (такими можна вимірювати опору) - рис. 1. Є чотири резистора включених дуже схоже на те, як включені діоди в мостовому випрямлячі. На одну діагональ моста подається постійна напруга а в іншу включений стрілочний вольтметр Р1 з нулем в центрі шкали.
Припустимо, що R1 = R2 (рисунок 1 А), тоді напруга в точці з'єднання цих резисторів буде дорівнює половині напруги U. Якщо, при цьому, R3 = R4, то в точці з'єднання R3 і R4 буде таке ж напруга (0,5U) як і в точці з'єднання R1 і R2. Тобто, різниці потенціалів між цими двома точками немає, і наш вольтметр показує нуль. Такий стан називається балансом моста.
Мал. 1. Вимірювальні мости з опорами.
Тепер припустимо, що сопртівленія R3 взяло і зменшилася (рисунок 1 Б) і, отже, стало менше опору R4. В цьому випадку, напруга в точці з'єднання R3 і R4 зросте і стане більше ніж напруга в точці з'єднання, як і раніше однакових, резисторів R1 і R2. А раз так, то стрілка вольтметра відхилиться в сторону позитивних напруг.
Такий стан називається розбалансуванням моста. Тепер, щоб цей міст збалансувати потрібно змінити опір одного з резисторів, так, щоб напруги в точках з'єднань R1-R2 і R3-R4 знову стилі однаковими. Це можна зробити зменшивши опір або зменшивши опір R4 або збільшивши опір R2.
На малюнку 1В показаний випадок, коли R3 не зменшилася, а збільшилася, що, само собою, призвело до зменшення напруги в точці з'єднання R3-R4 у порівнянні з напругою в точці з'єднання R1-R2 (R1 = R2). Стрілка вольтметра, при цьому, відхилиться в сторону негативних напруг. А виправити балансування моста можна буде, наприклад, збільшивши R4 або R1 або зменшивши опір R2.
Напрошується висновок, - умовою балансу моста є виконання співвідношення. R1 / R2 = R3 / R4.
практичні схеми
Практична схема моста для вимірювання опору показана на малюнку 2. Опір RХ - це той опір, який потрібно виміряти, межі вимірювання залежать від опору R2, а органом і шкалою вимірювача служить перемінний резистор R1. Завдання полягає в тому, щоб підключивши RХ встановити R1 в такий стан, при якому напруга на його движку буде дорівнює напрузі в точці з'єднання RХ і R2. Кожному опору RХ буде відповідати строго певне положення R1, при якому досягається баланс моста.
Як індикатор балансу моста зовсім не обов'язково використовувати стрілочний вольтметр або мультиметр, це може бути будь-який індикатор того, що напруга на ньому відмінно від нуля, тобто, навіть малогабаритна лампочка або компаратор з світлодіодом на виході.
Мал. 2. Іземрітельний міст зі змінним резистором.
Мал. 3. Вимірювальні мости для вимірювання ємності та індуктивності.
На малюнках 1 і 2 наводяться схеми моста постійного струму. Такий міст годиться тільки для вимірювання опорів.
Але, нам потрібен вимірювач ємностей і індуктивностей. У багатьох приладах (і мости не є винятком) ці фізичні величини визначають за величиною реактивного опору. Адже, чим більше ємність конденсатора тим нижче його реактивний опір, а чим більше індуктивність котушки тим більше її реактивний опір (це відомо з шкільного курсу фізики).
Тому, якщо реактивний опір котушки або конденсатора проявляється тільки на змінному струмі, то активний опір звичайного резистора має силу як на постійному струмі, так і на змінному.
На малюнках 3А і 3Б наводяться схеми мостів змінного струму для вимірювання ємності та індуктивності. Фактично ці мости вимірюють ємнісний і індуктивний реактивні опору і за ними визначають величини ємності і індуктивності.
Слід зауважити, що на точність таких мостових вимірювачів роблять деякий вплив активні складові опорів котушки або конденсатора (опору мідного дроту, яким намотана котушка, опір висновків, обкладок конденсатора, його витік струму).
Схема мостового вимірювача
Принципова схема реального мостового вимірювача ємності й індуктивності, який вам пропонується сьогодні зробити, показана на малюнку 4. Ви, напевно вже здогадалися, що цей прилад буде працювати від низькочастотного генератора і лабораторного джерела сигналу, які ми з вами вже зробили раніше.
За допомогою моста можна вимірювати ємності від десятків пФ до одиниць мкФ і індуктивності від десятків мкГн до одиниць мГн.
Мал. 4. Принципова схема мостового вимірювача ємності й індуктивності.
Транзисторний ключ на VT1 (рис.4) захищає вихід мікросхеми генератора від перевантаження, яка може виникнути в процесі роботи з мостом. Перемикачами S1-S5 вибирають межі вимірювання і те, що потрібно вимірювати (індуктивність або ємність). При вимірюванні індуктивності вимірювані котушки потрібно підключати до клем Х3, а вимірюючи ємність - вимірювані конденсатори підключати до Х4.
Якщо повернутися до схем, наведених на малюнках ЗА і ЗБ, то, конденсатори С1, С2 і С3 (рис. 4) це конденсатор С1 (ріс.З А), а вимірюваний конденсатор - це С2 (ріс.З). Індуктивності L1 і L2 показані на схемі на малюнку 4, - це індуктивність L2 в схемі на малюнку ЗБ, а вимірювана індуктивність - це L1 на малюнку З Б.
Органом вимірювання і, одночасно, індикатором результату вимірювання служить перемінний резистор R1. Його рукоятка має стрілку, а навколо неї нанесена на корпусі приладу Шкапа (таким же способом як шкала настройки генератора НЧ).
На роз'єм Х1 подається напруга від лабораторного джерела живлення. При вимірі ємностей величина цієї напруги повинна бути встановлена 10-12V, а при вимірі індуктивностей - 4-5V. Індуктивність і ємність можна відраховувати по одній і тій же шкалі. Це важливо, оскільки для градуювання вимірника ємності можна придбай достатню кількість конденсаторів різних ємностей, а з придбанням такого ж кількості різних котушок можуть виникнути проблеми. Тому, градуйовані прилад на вимір ємності можна їм користуватися і для вимірювання індуктивності.
На генераторі встановіть частоту близько 1000 Гц. З такою частотою в подальшому і буде працювати міст. Конденсатори С1, С2 і С3 потрібно вибрати з найменшою похибкою ємності. Якщо є така можливість краще їх ємності попередньо перевірити за допомогою якогось точного приладу, що вимірює ємності. Як L2 і L1 краще використовувати готові дроселі (на 100 мкГн і на 1 мГн).
Прилад можна зібрати в будь-якому зручному за розмірами корпусі, наприклад, в пластмасовій мильниці. В якості перемикачів S1-S4 можна використовувати такі ж як в генераторі НЧ, але не три, а п'ять модулів або прості тумблери. Можна всіх їх замінити одним поворотним перемикачем на п'ять положень.
Працюючи з приладом потрібно пам'ятати, що тільки один з S1-S5 може бути замкнутим, при цьому всі інші разомкнути.Шкала одна і та ж для всіх меж і видів вимірювання. Тому, її можна отградуировать на одному межі, наприклад, "х0,01 мкФ". В цьому випадку, підготуйте еталонні конденсатори, наприклад, на 1000 ПФ 1500 пф, 3000 пФ, 5000 пф, 7500 пФ, 0,01 мкФ, 0,015 мкФ, 0,02 мкФ, 0,05 мкФ, 0,1 мкФ.
Проводячи контрольні вимірювання цих еталонних конденсаторів, при замкнутому S2, робіть на шкалі мітки. 1000 ПФ - "0,1", 1500пФ - "0,15", 3000 пФ - "0,3", 5000 пФ - "0,5", 7500 пФ - "0,75", 0,01 мкФ - " 1 ", 0,015 мкФ -" 1,5 ", 0,02 мкФ -" 2 ", 0,05 мкФ -" 5 ", 0,1 мкФ -" 10 ".
Мітку потрібно робити в тому місці шкали, при повороті рукоятки змінного резистора в яке, при підключеному еталонному конденсаторі, звук в навушниках пропадає.