> Техника, страница 96 > Радиометрия

Радиометрия

Радиометрия, область современной измерительной техники (смотрите Измерения), имеющая целью экспериментальное определение величин, а также прямых и косвенных зависимостей, характеризующих процессы, равно как и величин и зависимостей, характеризуемых этими процессами, протекающими как в электрич. цепях, так и в пространстве, окружающем эти цепи, при токах высокой частоты (примерно 10⁴ -f- 10⁹ Hz). Именно измерения при токах высокой частоты делают Р. существенно отличной от родственной ей области электрометрии (смотрите Электрические измерения), где производство измерений ограничивается постоянным током и переменным током низкой частоты (до 10⁴ Hz). Специфич. условия и процессы, свойственные токам высо кой частоты, вынуждают в Р. значительно изменить не только методы измерений, но и приборы и отдельные элементы, применяемые в электрометрии. С другой стороны, процессы при высокой частоте создают богатые возможности, способствующие созданию и развитью новых методов измерений и приборов, гарантирующих точность (например при измерении частоты), недоступную в других областях измерительной техники. Хотя Р. наиболее широкое применение имеет в современной высокочастотной физике и радиотехнике (смотрите Техника высокой частоты), где, представляет область так называемым радиотехнич. измерений (смотрите Измерение, Измерения в радиотехнике), однако вышеупомянутые возможности делают Р. все более применимой в целом ряде других областей современной физики, медицины, техники и т. д., как например для измерений различных деформаций твердых тел, малых промежутков времени, малых изменений г°, малых удлинений, пульсаций и т. д. Среди многих примеров специфичности условий и процессов, свойственных токам высокой частоты, приведены следующие. Рассмотрим случай распределения индуктивности и емкости в виде катушек и конденсаторов: при высоких частотах эти величины перестают быть постоянными, поскольку они становятся заметно зависимыми от частоты протекающего по ним высокочастотного тока (смотрите). Равно теряет смысл раздельное существование этих величин и существенной становится зависимость между ними, поскольку приобретают заметные значения собственные емкости таких индуктивностей (даже прямолинейных проводников) и собственные индуктивности того или иного конденсатора. Далее при токах высокой частоты приобретают особое значение различные емкостные и индуктивные воздействия, собственные и посторонние электромагнитные поля и тому подобное., что требует наличия особых условий и предосторожностей (тщательная экранировка, слабые связи, особый монтаж, тщательная блокировка и т. д.), свойственных Р. Здесь приобретают широкое развитие методы измерений, использующие трансформаторы частоты (смотрите Частоты трансформация), резонансные явления (смотрите Резонанс), явления биений (смотрите) частот, эффект комбинационных тонов, эффект захватывания и т. Д.

В Р. принято отличать измерения абсолютные, то есть дающие численное значение измеряемой величины в точно установленных единицах, и относительные, то есть дающие численное значение или зависимости между измеряемыми величинами в виде отношений или в произвольных единицах. Большинство методов Р. принадлежит к числу относительных. Относительные методы в свою очередь подразделяются на прямые, косвенные и вариационные, то есть определяющие не самое величину, а лишь ее изменения в функции другой величины, например времени. Всякое измерение в Р. состоит из ряда маниций, совокупность которых приводит к тем данным, из которых непосредственно или путем различных комбинаций и вычислений получается искомое численное значение измеряемой величины или искомая зависимость. Основными манициями Р. являются: установка, наблюдение, отсчет, запись и обработка результатов. Составляющими Р. являются: измеряемый объект, метод и схема измерений, комплекс приборов и результат. Объектами Р. могут быть любые величины, соотношения и зависимости, связанные тем или иным образом с процессами при токах высокой частоты. Их так много, что далее мы коснемся лишь основных объектов. Основными методами в Р. являются метод сравнения, уравнивания, замещения, поглощения, резонанса, стробоскопии. метод и т. д. Методы наблюдения в Р. также весьма разнообразны, как например наблюдение по прохождению некоторой величины через максимум или минимум, наблюдение по исчезновению какого-либо явления, по наличию одинакового действия, по биениям между двумя частотами. Методы отсчета в основном ограничиваются отсчетом визуальным, слуховым, комбинированным и автоматич. регистрацией, например счетчиком, или записью, например хронографом (смотрите). Запись наблюдений и обработка результатов состоят обычно в занесении данных в заготовленные таблицы с обязательной отметкой различных условий измерений, включая t°, время, состояние атмосферы и т. д., затем в построении графиков, номограмм, в выводе уравнений функциональной кривой, в определении систематических ошибок (инструментальных, методических и субъективных) и случайных согласно формулам теории вероятности и наконец в раскрытии закономерностей, после чего делаются общие выводы и заключение. Существенную роль в Р. имеет установка, то есть комплекс приборов, служащих для осуществления измерений, размещенных и соединенных в соответствии с - методом и схемой измерений и с учетом необходимости уменьшения или полного устранения вредных влияний (например затягивания, увлечения, захватывания, паразитных связей, посторонних полей, колебаний ί° и т. д.) параллакса и различных ошибок наблюдателя. Наиболее точные результаты в Р. (до 10^--⁷) получаются (на 1935 г.) при измерениях частот. Поэтому методы измерения частот в Р. применяются наиболее широко и при измерениях других величин (смотрите Частоты измерение). Что касается приборов, из совокупности которых составляются установки, служащие для измерений в Р., то основными здесь являются: 1) источники слабых переменных токов и напряжений, то есть различные генераторы высокой и низкой частоты, включая генераторы с механич. управлением, как то: камертонные, пьезокварцевые и магнитостриктивные (смотрите Стабилизация частоты); 2) динатронные, магнетронные и генераторы с между электродными электронными колебаниями и тому подобное.; 3) различные устройства для регулировки малых переменных токов и напряжений (активные, емкостные, индуктивные и другие делители напряжения, настроенные контуры и тому подобное.); 4) детали колебательных контуров: конденсаторы постоянной и переменной емкости, катушки индуктивности, вариометры (смотрите), сопротивления (в большинстве безиндукционные и безъемкостные), соединительные проводники, экраны, усилители тока, напряжения и энергии, фотоэлементы, трансформаторы, различные ламповые приемники, различного типа и формы изоляционные материалы, реле, переключатели, клеммы, гнезда, верньеры, термоэлементы с гальванометрами, электрометры, ламповые вольтметры, детекторные индикаторы с гальванометром, осциллографы как шлейфные, так и катодные; 5) целый ряд приборов электрометрии: источники энергии (элементы, аккумуляторы, преобразователи, выпрямители и т. д.), приборы магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, вибрационные, тепловые, термоэлектрические, электростатические, катодные трубки (вакуумные и газонаполненные), слуховые телефоны, хронографы, искровые измерители и т. д. Кроме того используются и обычные приборы, применяемые в любой области современной измерительной техники, например термометры, барометры, микрометры, термостаты, калориметры, нормальные элементы, набор камертонов, точные часы, метроном и тому подобное. Широкое применение здесь имеют эталоны частоты, индуктивности, емкости, сопротивлений и т. д. (смотрите Эталоны).

Основные объекты Р. 1. Измерение силы высокочастотного тока. Здесь способы и схемы Р. принято подразделять в зависимости от пределов и принципа. Что касается пределов, то таковыми являются токи от весьма малых долей μΑ до нескольких сотен А. Что же касается принципов, то основными здесь являются тепловое действие тока, изменение сопротивления в ф-ии высокочастотного тока, электродинамическое действие, термоэлектрический эффект и тому подобное. а) Тепловые измерители имеют наиболее широкое практич. применение. Эффект, на к-ром основано действие тепловых измерителей, состоит в удлинении тонкой проволоки при нагревании ее проходящим по ней переменным током высокой частоты. Сам по себе эффект ограничивает пределы применимости таких изме-

L,

Г	-	-1 <*-		с
‘I , г	£		JA С-	1 4 ^
А_[—			а 4

Фигура 1. Фигура 2.

рителей токами от нескольких тА до 1—3 А в зависимости от материала тонкой проволоки, примененной в измерителе. Удлинение нити нагреваемым током пропорционально квадрату действующего значения силы тока. Перемещение по шкале измерителя стрелки, связанной с той же проволокой с помощью особой подвижной системы, обычно пропорционально корню квадратному из действующей силы тока, поэтому шкалы такого рода тепловых измерителей имеют неравномерные интервалы между делениями. При точности измерителей порядка 2% недостатками их являются непостоянство нуля, большая тепловая инерция, недопустимость перегрузки свыше 50% и ряд других. Амплитуду тока 1_т представляется возможным определить по действующему значению тока /, исходя из известного соотношения

j — ·

V2 ’

при этом предполагается синусоидальное изменение тока с течением времени. Очевидно, что этот метод позволяет измерять по заданным току и частоте как удлинение, так и t° и Другие величины. б) Измерители, основанные на применении шунтов, служат для измерения больших сил высокочастотных токов. Здесь применяются шунты в виде емкостей и индуктивностей. Так, в цепь измеряемого тока большой силы /, вводится катушка малой индуктивности L (фигура 1). В ветвь же измерителя высокочастотного тока (обычно теплового) включается катушка L_lt тогда

Если в цепь измерителя включается емкостный шунт (фигура 2), то при С > С

α= НИ*)·

В последнее время получили применение шунты в виде нескольких нитей, одинаковых по размерам и материалу с нитью теплового измерителя. Такие нити располагаются по образующим цилиндра. Вместо нитей в ряде случаев применяют ленты из иридиевой платины толщиной 0,01 миллиметров при длине до 30 миллиметров. Измерители такого типа изготовляются на токи до 200 А.

в) Измерители с трансформаторами применяются для измерения токов от 5 до 500 А. Сущность их состоит в применении медного стержня, заменяющего первичную обмотку. Стержень расположен в центре тороидального сердечника с наложенной на него вторичной обмоткой, замкнутой на тепловой измеритель. Преимуществом трансформаторных измерителей высокочастотного тока является ничтожно малая индуктивность, емкость и сопротивление первичной цепи, т. ч. считают, что включение трансформатора не изменяет данных колебательного контура. Точность измерителей с трансформаторами также порядка 2%.

г) Термопарные измерители основаны на применении термопар (смотрите Термоэлемент), нагревающихся· измеряемым током, пропускаемым по подогревателю, и замыкаемых на измеритель постоянного тока, применяемый в электрометрии. Поскольку до +100° зависимость величины термсэдс от разности t° спая с большой точностью линейна, то показания прибора постоянного тока пропорциональны квадрату действующего значения тока, проходящего через термопару. Последняя изготовляется на токи от нескольких тА до 750 А (фирма Вестон). Для измерения токов силой порядка μ-Α используют метод совмещения термопары с гальванометром (смотрите) чувствительностью от 0,05 pW. Повышение чувствительности достигается увеличением сопротивления подогревателя. Так, при R подогревателя в несколько тысяч Ω термогальванометр измеряет токи ох 10 рА.

д) Болометрические измерители (смотрите Болометр, Доп. том) основаны на принципе изменения сопротивления проводника при прохождении по нему тока высокой частоты. Измеряемый ток пропускают по проволоке аЬ (фигура 3) диам. от 5 · 10-⁴ до 10~² миллиметров, помещенной в вакуум и включенной в одну из ветвей моста Уитстона (смотрите Мостик Витстона). В целях предупреждения прохсжденкя тока высокой частоты через другие плечи мостика обычно последовательно с болометром включаются дроссели, а в цепи высокой частоты включаются разделительные конденсаторы, предохраняющие эти цепи от постоянного тока, питающего мостик. До измерений мост уравновешивается. При включении измеряемого высокочастотного тока равновесие моста нарушается, и индикатор равновесия G дает отклонение, пропорциональное квадрату действующей силы высокочастотного тока. Болометры позволяют измерять токи высокой частоты от 10 —⁷ А. Чувствительность болометра зависит как от величины диаметра проволоки, так и от силы постоянного тока, питающего мост. Очевидно, что этот принцип позволяет при заданных токе и частоте определить сопротивление проводника и ряд других величин, с этим связанных. е) Ламповый измеритель применяется для измерения весьма малых токов. Сущность метода заключается в увеличении эмиссии, а следовательно и анодного тока, при увеличении тока накала электронной лампы (фигура 4). Пределом здесь является ток насыщения лампы. Для поднятия предела прибегают к параллельному включению нескольких ламп. Измерениям предшествует снятие характеристики 1_а от и установление определенного значения I_f.

ж) Электродинамический измеритель основан на явлении отталкивания друг от друга двух параллельных проводников диаметром d при пропускании по ним в противоположных направлениях тока высокой частоты. Сила отталкивания F при очень высоких частотах, когда длина волны λ сравнима с длиной проводников I,

_{F =} Ш__Λ 4я2е12 32я4_£214

У La — d2 ЗА2 15А4 /’

где ε — дкэлектрич. проницаемость (ОСТ/ВКС 5579: термин «диэлектрич. проницаемость» должен применяться вместо термина «диэлектрич. постоянная») среды между проводниками; D — расстояние между центрами параллельных проводников. Пользуясь этим принципом, при заданных токах нетрудно определить ряд других величин, например диэлектрич. проницаемость, диам. проводника, его длину и т. д., а следовательно и ряд величин, косвенно связанных с упомянутыми. Вообще говоря, обратный процесс измерений, широко используемый в Р., делает последнюю чрезвычайно распространенной.

з) Абсолютные измерители основаны на явлении расширения столба ртути при прохождении по ртути токов высокой частоты. Измеряя высоту столба ртути, нетрудно измерить токи до 10 А с точностью до 0,1%. Иногда вместо ртути берется другая жидкость (, эфир и тому подобное.), которой заполняется длинный капилляр, соединяющий 2 воздушных сосуда, причем в одном из этих сосудов помещается проволочка, по которой пропускается измеряемый ток высокой частоты. В результате прохождения тока проволочка нагревается, чем создается разность давлений в сосудах, вследствие чего столбик жидкости в капилляре переместится. По величине перемещения определяется сила измеряемого тока высокой частоты. и) Другие типы измерителей основаны например на использовании детекторов (смотрите), обладающих нелинейной зависимостью (между напряжением Е, подводимым к детектору, и силой выпрямленного тока), носящей название характеристики детектора, где

Здесь применяют как кристаллич. и ламповые детекторы, так и другие. При периконовом детекторе (цинкит-халькопирит) и при гальванометре сопротивлением в 2 000 Ω не представляет особого труда измерять токи высокой частоты от 10”⁹ А. Существенным недочетом является здесь непостоянство сопротивления контакта детектора, почему градуировку повторяют после каждого измерения. При ламповом детекторе (смотрите) пользуются как сеточным, так и анодным детектированием. Для измерения очень малых токов высокой частоты применяют предварительно многокаскадное усиление, а также комбинацию ламповых усилителей с фотоэлементом (смотрите), что позволяет измерять токи от 10~¹²А при частотах до 10⁷ Hz.

2. Измерители напряжений высокочастотных токов. Современные измерители напряжений высокой частоты имеют пределом, с одной стороны, доли μΥ, а с другой,— десятки тысяч V. Непосредственное измерение напряжений высокой частоты требует особых предосторожностей, так как вследствие емкостных и индуктивных влияний могут возникнуть значительные ошибки. а) Искровые измерители с шаровым электродом, один из которых перемещается микрометрия. устройством, являются удобными при грубых измерениях высоких напряжений. Длина искры I измеряется по шкале. Отсчет берется по максимальному расстоянию между электродами, при к-ром искра пробивает воздушный промежуток между шарами:

Е_т=2 · 10—³ + 3 · 104.

Здесь Е_т — амплитуда напряжений в V, а I — длина искры в миллиметров. Для получения равномерности

поля между электродами и устранения явления «запаздывания» искры шары изготовляют из магния с радиусом, превосходящим длину искры.

Фигура 6.

G) Измерил¹ ели с выпрямителем основаны на использовании односторонней про-водимсст i слоя медь—закись меди, то есть детектора с постоянным при данной t° сопротивлением (фигура 5, где г_г и г₂ — манганиновые сопротивления для температурной компенсации). Такого рода измерители осуществляются на напряжения 1 — 800 V при частотах до 2 · 10⁴ Hz. Измеряют они среднее арифметич. значение напряжений, пересчитываемое по градуировке на действующее значение. в) Измерители со светящейся трубкой основаны на постоянстве напряжения зажигания в широком диапазоне частот двухэлектродных трубок, наполненных разреженным газом (неон, гелий). Т. о., определяя напряжение Е₀ зажигания при низкой частоте, получают возможность пользоваться градуировкой при высокой частоте согласно схеме фигура 6. Здесь измеряемая амплитуда напряжения высокой частоты

Регулируя С при условии, что углы потерь для С_г и С₂ одинаковы, получают возможность измерять амплитуду напряжения Е_т.

г) Электростатические измерите л и, основанные на применении электроста-тич. вольтметра (смотрите) или струнного электрометра (смотрите), дают возможность измерять напряжения от mV до сотен V. Обычный многокамерный электростатич. вольтметр Кельвина непригоден для измерения при высоких частотах, т. к. обладает большой емкостью между электрода ми. В настоящее время однако существуют уже электростатич. вольтметры, не обладающие этим недостатком и позволяющие производить измерения действующих значений напряжений при частотах до 10⁶ Hz, причем с равномерной шкалой до 2-10⁴ V.

д) Тепловые измерители представляют собой проградуированные на действующие вольты тепловые измерители тока, последовательно с которыми включены добавочные без-индукционные сопротивления. Такие измерители пригодны на частоты до 5 · 10⁴ Hz. При частотах до 10⁶ Hz применяют Термопары в соединении с измерителем постоянного тока с дополнительным сопротивлением, включенным в обе ветви термопары. е) Измерители с безинерц ионным осциллографом основаны на том явлении, что при подаче на одну пару электродов безинерционного осциллографа измеряемого напряжения и замыкании другой пары накоротко световое пятно на флуоресцирующем экране расплывается в световую полосу, длина которой I пропорциональна удвоенной амплитуде приложенного напряжения между пластинками

Е_ш

Е_а

. 2h₀l - „

где Е_а — постоянное напряжение между анодом и катодом, к₀ — некоторая постоянная осциллографа, зависящая^ от геометрических размеров электродов. ж) Ламповые измерители осуществляются по одной из предложенных многочисленных схем, которые основаны на использовании прямолинейных, участков характеристик электронных ламп. Все известные схемы можно подразделить на следующие τι пи: одноламповые, многоламповые, с двухэлектродной лампой, с многоэлектродной лампой, с простой схемой, с компенсацией анодного тока и без нее, с питанием постоянным током от аккумуляторов и от сети переменного тока, с анодным или сеточным детектированием и т. д. Совершенный ламповый измеритель должен быть, во-первых, переносным, затем иметь градуировку, независимую от частоты и неизменную во времени, обладать высокой чувствительностью, иметь широкие пределы измерений, иметь бесконечно большое сопротивление, минимальную емкость, обладать отсчетом, пропорциональным действующему значению приложенного напряжения, и т. д. Минимальное значение напряжений, которые можно измерять, обычно порядка 10—⁵ V, максимальное —до сотен V. Простейшая схема лампового измерителя напряжения высокой частоты представлена на фигуре 7. Замыкая цепь аb, на сетку лампы дают отрицательное смещение E_lt сводящее 1_а до нуля. При введении между а и b измеряемого напряжения появляется ток 1_а% к-рый опять сводится до нуля последующим увеличением смещения на сетку до Е₂. Разность Е₂—Е_г и будет равна измеряемой амплитуде Е_т. Схемы ламповых измерителей позволяют измерять также и максимальные значения напряжений высокой частоты. При очень больших Е_хтах прибегают к схемам, использующим коэф. усиления обыкновенной лампы. Если Е_{х таг} соответствует тихому разряду в воздухе, то прибегают к специальным «коронным», или ионизационным, измерителям.

3. Измерители активного сопротивления при высокой часто-т е. Пределами измерений активного сопротивления являются, с одной стороны, единицы Ω, а с другой, — миллионы Ω (ΜΩ). Что касается принципа измерений, то основными“ здесь являются измерения по тепловому действию тока путем замещения, поглощения, а также по измерению напряжения и мощности и тому подобное. а) Калориметрический измеритель состоит из калориметра, в к-рый помещается измеряемое сопротивление, по которому пропускают ток высокой частоты. В этом случае r_x=-jy, где I — сила тока, определяемая одним из вышеупомянутых способов, а Р — мощность, определяемая например калориметрия, способом (смотрите ниже). Иногда применяют следующий метод измерений г_х сопротивление нагревают током высокой частоты I до некоторой t°, отсчитываемой по термометру калориметра, а затем повторяют то же постоянным током i, тогда пя

^гх 12 ’

где R — сопротивление при постоянном токе. Предложен ряд вариантов калориметрия, измерителя, каждый из которых обладает специфич. преимуществами и недостатками. Наиболее чувствительным и точным принято считать т. н. диференциальный калориметрия, метод, состоящий в применении двух калориметров, тождественных по размерам и конструкции. В один из них помещают испытуемый объект, через который пропускают ток высокой частоты, а в другой помещают нагреватель, через к-рый пропускают постоянный ток, регулируемый так, чтобы t° в обоих калориметрах была одинаковой. В последнем случае можно принять, что мощности, выделяемые в калориметрах, равны, и искомое

J2JR

^Гх — 12 ·

Затем измерения повторяют при обмене калориметров ролями. За окончательный результат принимается среднее значение. б) Измеритель, основанный на замещении, заключается в следующем: колебательный контур с включенным в него тепловым измерителем тока настраивают в резонанс с ламповым генератором, отмечая при этом силу тока I в контуре. Затем в контур включают эталонное сопротивление г_п и отмечают новое значение силы тока 1_п в контуре; тогда где R — сопротивление измерительного прибора. Этот метод служит для определения активного сопротивления колебательного контура. Другим вариантом является следующий. Нек-рый колебательный контур настраивают в резонанс с частотой лампового генератора. Затем измеряют три значения тока: 1_Х— когда контур содержит только собственное сопротивление г и сопротивление измерительного прибора, затем 1_Х — когда контур содержит измеряемое сопротивление г_х, и наконец 1_п — когда контур содержит эталонное сопротивление (вместо г_х) тогда

Г — г ^1п ^ ~ ^Ιχ^ ^{х п} IxKh-ln) *

Предложен ряд вариантов описанного метода. в) Измеритель, основанный на поглощении, состоит в следующем: колебательный контур с индуктивностью L, емкостью С и сопротивлением г_х связывается с двумя мало мощными ламповыми генераторами. Первым этапом является установление тона биений звуковой частоты при разомкнутом контуре, а затем контур замыкается. Расстройка контура путем изменения С имеет следствием изменение высоты тона биений согласно кривой фигура 8. В этом случае

= JL _J___L

^?χ 2ω С C

где частота ω определяется одним из методов измерения частоты (смотрите Частоты измерение). Здесь точность измерений г_х порядка 0,25%.

г) Измеритель с ламповым вольтметром заключается в том, что ламповый вольтметр включается параллельно конденсатору колебательного контура, активное сопротивление которого надлежит определить. Сам контур настраивается в резонанс с» частотой лампового генератора. Измеряя напряжение Е на обкладках конденсатора при резонансе и Е_п при введении в контур эталонного сопротивления г_п, находят искомое

_ _ „ Еп

^rx ^rn E — Е_п

д) Измеритель с реактивным сопротивлением, также применяемый для измерений активного сопротивления колебательного контура, состоит в следующем. Настраивая исследуемый контур в резонанс с ламповым генератором, определяют ток 1_Г в исследуемом контуре.

При резонансе реактивное сопротивление равно нулю. Далее, расстраивая несколько контур изменением С или L при сохранении постоянства индуктируемой эдс, получают значение тока в контуре уже /_г; тогда

^rx — ±

(С2 Cl)

6π · 10⁸C_rдля случая изменений С

• Ci

и

V—

У if — J

db ^ω [E — L_r

V

ιϊ-ii r — в Ω,

C — в F,

для случая изменения L, где I — в А и Я в ж. е) Измеритель, основанный на определении декремента затухания (смотрите), состоит в измерении величин, определяемых ф-лой

= 152,3^,

где С_Т — емкость контура в см, Х_г — длина волны в м, соответствующая резонансу, а г_х — в Ω. Величину активного сопротивления можно также определить по вариации логарифмич. декремента путем включения измеряемого г_х в нек-рый колебательный контур с предварительным опреде лением 0 2 при определения отсутствии г_хпри наличии (&2 — $1)

152,3

последующего тогда с_г

с ж) Измерители с вариацией электрических параметров основаны на том принципе, что схема в виде колебательного контура настраивается в резонанс с частотой электрич. колебаний, после чего один из ее параметров или частота генератора меняется на нек-рую величину. Происшедшее вследствие этого изменение режима в цепи зависит от акти-

вного сопротивления контура и дает исходные величины для вычисления г_х. Активное сопротивление какого-либо одного элемента здесь м. б. определено лишь в том случае, если сопротивление остальных элементов контура известно. з) Измеритель с диференциаль-н ы м т.рансформатором.В одну из ветвей первичной обмотки трансформатора, например в точки аа (фигура 9), включается измеряемый объект, например конденсатор. В точки bb включается цепь, кажущееся сопротивление которой устанавливается тождественным с кажущимся сопротивлением измеряемого объекта. Регулировкой С_эт и R_am добиваются установления нуля эдс в катушке индикатора. Неизвестное активное сопротивление определяется из ур-ия, изображающего равенство активных сопротивлений цепей аа и bb. Такой измеритель дает удовлетворительные результаты при частотах до 10⁶ Hz. Кроме того здесь требуется особенно тщательно соблюдать предосторожности, свойственные Р.

и) Другие типы измерителей. К 1934 — 1935 гг. предложено еще большее количество новых типов и схем измерителей активного сопротивления; из них опишем следующие. 1) Измеритель Штюрмера

для измерения г_х колебательных контуров состоит из измеряемого колебательного контура, связанного через катушку связи L_c с ламповым генератором (фигура 10). При нижнем положении переключается К, генератор настраивается в резонанс по наибольшему спаданию тока в цепи сетки (по миллиамперметру тА). Затем К переключается в верхнее положение, и пзмощью эталонного радиочастотного сопротивления R_am добиваются того же значения спадания тока по миллиамперметру, как это было при настройке в резонанс; тогда, если

<a*L, < Щ_т,

Здесь удается измерять г_х порядка нескольких Ω с точностью до 1%. 2) Измеритель г_хдля больших токов и напряжений состоит в том, что измеряется сила тока I в измеряемом контуре, связанном с ламповым генератором большой мощности, и напряжение Е на клеммах катушки Lc (фигура 11); тогда

*-(4) ·>

где г_х — искомое сопротивление плюс сопротивление прибора. Этот метод имеет широкое применение при измерениях г_х антенн. 3) О п р е-деление г_х путем измерения частоты. Если L колебательного контура известно и если имеется возможность точного измерения частоты связанного с ним генератора, то хорошие результаты получаются в том случае, когда резонанс отмечается ламповым вольтметром, включенным параллельно конденсатору контура. Пусть в этом случае частота соответству ет /_х. Далее изменяют частоту лампового генератора до тех пор, пока показания лампового вольтметра не уменьшатся вдвое, тогда г_х=4xL(/₂— /i).

к) Абсолютный измеритель г_лм. б. применен для измерения любой величины г_х. Схема прибора представлена на фигуре 12. Здесь г_хвключается в анодную цепь; с помощью потенциометра добиваются исчезновения анодного тока. Далее вместо г_х включается С_эт изменяя его емкость до исчезновения анодного тока, будем иметь

__1_

^Г* ~ 2я · С_эт

4. Измерители емкости С_х при высокой частоте. Пределами измерений емкости являются доли сантиметров и миллионы см. Основными принципами являются здесь принцип

а) Абсолютный измеритель емкости основан на ф-ле где С_х—в μ-F, I — ток, измеряемый тепловым амперметром, Е — напряжение, измеренное ста-тич. вольтметром, πω — частота (смотрите Частоты измерение). Наиболее точным является измеритель Максвелла-Томсона, схема которого представлена на фигуре 13. Измеряемый конденсатор С_Лчерез посредство коммутатора S вводится в плечо моста, питаемого батареей Е. Коммутатор, непрерывно переключая точку с то к а то к b, тем самым то заряжает, то замыкает накоротко и разряжает конденсатор. В момент разряда равновесие нарушается, и через гальванометр G течет ток.

Однако существует такое соотношение между г₁₉т2, г₃, С_х и числом прерываний п, при к-ром гальванометр не реагирует. В качестве коммутатора применяют специальные устройства в виде фонич. мотора (синхронизованного камертонным генератором) с системой червячных передач и контактных приспособлений. Точность этого измерителя превышает 10“⁵.

б) Измерение емкостей моста“ м и. Для относительного измерения емкости применяют один из многочисленных вариантов моста Уитстона, питаемого переменным током (смотрите Измерение, Измерения в радиотехнике). Величина измеряемой емкости м. б. определена через емкости, включенные в остальные плечи моста (схема Циклинского), через емкость и сопротивление (схема Соти), через сопротивление и индуктивность (схема Максвелла), через взаимоиндуктивность и сопротивление (схема Кемпбелла) и др. Индикаторами применяют-

Фигура 14.

ся здесь электрометры, вибрационные гальванометры, газосветные трубки, детекторы, телефоны и тому подобное. Ряд мостов позволяет измерять С_хот 50 до 10⁵ сантиметров с точностью до 1% (схема Соти). Мост Цикнера позволяет измерять С_х от 0 до 100 сантиметров с точностью до 1%. Сущность последнего заключается в создании эталонного конденсатора С_эт с начальной емкостью, равной нулю, и в уравновешивании фазовых углов помощью диференциального конденсатора (фигура 14). Иногда хорошие результаты дает измеритель в виде неравноплечего моста с компенсацией разности фаз. Здесь при измерении С_х от 100 до 30 000 сантиметров можно получить большую точность. в) Измерители, основанные на явлении резонанса, являются наиболее простыми. Даваемая точность порядка 2%. Сущность состоит в том, что нек-рый колебательный контур помощью переменного конденсатора С_пнастраивается в резонанс с частотой возбуждаемого переменного тока. Затем параллельно упомянутому конденсатору приклю-У чается С_х, и изменением Сп устанавливают опять резонанс, что будет при С"_п=Сп +

4- С_х следовательно с_х=сп — а. г) Другие методы измерения С_х. Из большого числа методов следует упомянуть метод диференциального трансформатора, метод, основанный на вычислении по формуле Томсона, и наконец метод сложных биений. Последний дает наиболее точные результаты и поэтому применяется для измерения как малых, так и ультрамалых емкостей. Основания метода состоят в том, что создаются биения звуковой частоты между частотами двух генераторов, в колебательный контур одного из которых включено С_х. Затем вместо С_х включается С_эт и устанавливается такое его значение, при к-ром биения звуковой частоты будут иметь то же значение, что и при С_х. Последнее осуществляется по вторичным биениям с частотой эталонного звукового генератора или помощью другого измерителя звуковой частоты (смотрите Частоты измерение). Для полного устранения ошибки увлечения частоты предложен метод трех генераторов, из которых два, стабилизованные кварцем, обладают разностью между частотами и /₂, соответствующей высокой частоте, а третий генератор с параметрич. стабилизацией, содержащий C_xt настроен на частоту /₀, среднюю между /_х и /₂, причем с таким расчетом, что —/₀=/₀—/2· В этом случае получаются нулевые биения, которые позволяют при замене С_х соответствующим С_этустановить последний так, что с большой точностью С_х=С_дт.

д) Применение измерителей С_хдля измерения других величин имеет наиболее широкое приложение. Так, пользуясь одним из упомянутых измерителей С_х, можно определить циэлектрич. проницаемость (постоянную) различных диэлектриков, например путем двукратного измерения C_XJ как в отсутствии диэлектрика, так

* ^сг и при наличии такового; тогда E =-phr. Далее

^X

нетрудно измерить чрезвычайно малые удлинения, деформации, изменения t° и т. д. Пользуясь

в частности методами измерения ультрамалых С_ХУможно измерять различные величины с точностью, недоступной другим методам современной метрологии.

Отметим еще методы измерений распределенных емкостей катушек индуктивности и схем. Связывая незамкнутое L со вспомогательным генератором, устанавливают резонанс одним из известных способов, затем измеряют частоту резонанса и величину L. В этом случае С,=253

L ’

где С_х и L — в см, а Я в м. Если то же самое проделать, замкнув индуктивность на эталонный конденсатор С_эт, то

С_х=253 4- - С_зт.

Ф-ла принимает другое выражение, если взять 2 различных значения эталонного конденсатора и измерить соответственно 2 значения частоты; тогда

/-Ύ _ Сэт — С$т _ /~и

Следует еще указать, что путем измерения одним из упомянутых методов статич. емкости С₃ антенны можно определить динамическую емкость антенны (смотрите), то есть отношение полного заряда

Фигура 15.

антенны к амплитуде напряжения в пучности при прямолинейном проводе, колеблющемся на основной частоте, исходя из ф-лы

- · с.

Для случая зависимости от длины волны

_г _sin о _г

^bd — ~ёГ * ^Us>

где

Зная 0, действующую емкость антенны можно определить по ф-ле

^тМ¹-^-)·

е) Измерение емкости изоляторов производится помощью диференциального трансформатора (фигура 9). Изолятор включается на место С_х, и диэлектрич. сопротивление утечки компенсируется помощью R_9m. Конденсатор С_этвращается до тех пор, пока ток во вторичной системе не будет равен нулю, тогда С_х=С_дт. Исключительно высокую чувствительность, составляющую тысячные доли см, дает применение системы Гулла при измерении весьма малых междуэлектродных емкостей (фигура 15). Фиксируя отклонение лампового вольтметра при положении рубильника S_lt а затем переключая на S_2yизменяют емкость измерительного конденсатора до тех пор, пока ламповый вольтметр не покажет то же отклонение, - что и при положении переключателя S_x. Установленная на измерительном конденсаторе емкость равна измеряемой межэлектродной (сетка — анод) емкости лампы. В качестве измерительного конденсатора применяют конденсатор типа, аналогичного известной конструкции конденсатора Вульфа. Путем изме-

рения изменений малых емкостей конденсаторов •с эластичным электродом представляется возможным например измерять изменения давления воздуха в 10-⁴ at.

5. Измерители коэфициента индуктивности L_x. Пределами измерений являются, с одной стороны, доли см, а с другой,— 10¹⁰ см. Методы измерений L_x аналогичны методам измерений С_х (ниже имеются в виду индуктивности без сердечниксв, например из феррокарта).

а) Абсолютный измеритель L_x состоит из колебательного контура, составленного из L_x, эталонного конденсатора переменной емкости С_эт и термоэлемента с гальванометром. Настраиваясь в резонанс с частотой связанного лампового генератора и измеряя частоту, силу тока в контуре и падение напряжения на индуктивности L_Xi имеем _

Если учесть сопротивленйе конденсатора, то г _ Е (л__L ⁷⁹²

^x I · со { 2 Л2 >

где # — декремент контура измерителя. б) Измерение индуктивности мостами, питаемыми переменным током, аналогичное тому, как и при измерении емкостей, является наиболее удобным. Величина L_x м. б. здесь определена с помощью одного из многочисленных вариантов моста Уитстона как путем сравнения в схеме моста с эталонной индуктивностью, так и эталонной емкостью или сопротивлением. Наиболее распространенным является мост Андерсена (фигура 16), где

L_X=C г_х (г₄ + 2г_ь)

при г_х — г₂ и г₃=г₄. Далее следует упомянуть •о мосте Гибе, могущем дать среди других мостов наиболее точные результаты (до 0,001%) при соблюдении особых условий. Для измерения малых индуктивностей упокянем мостик Долеза-лека, основанием которого является сравнение L_x с L_3mi коэф. индуктивности которой можно плавно изменять вдвиганием особого сердечника, что отмечается по шкале. Этот мостик позволяет определять L_x от 10² до 10⁷ сантиметров с точностью порядка 2%. Что касается конструкции и особенностей современных эталонов индуктивности, то они отвечают особым условиям — неизменности формы (для чего однослойно наматываются на цилиндре из кварца или пайрекса), малому г°-ному коэф-ту, большей механич. прочности, малому затуханию [для чего применяется лит-цендрат (смотрите)] и т. д. в) Другие методы измерения L_x. В тех случаях, когда можно ограничиться точностью 2—5%, имеют применение многочисленные варианты резонансного метода, состоящего в принципе в том, что контур, составленный из L_xи эталонного конденсатора С_эт, возбуждается и настраивается в резонанс с частотой лампового генератора, частота которого измеряется отдельно. Здесь

L_x=253,

где L_x и С_эт в сантиметров и А в м. Измерение малых L_x производят также по методу биений аналогично тому, как и при измерении С_х. Из других методов упомянем метод дкференциального трансформатора и метод замещения, для чего прибегают к специальным эталонным переменным индуктивностям, представляющим обычно систему подвижных и неподвижных обмоток (смотрите Вариометр) и т. д. При измерении индуктивности ан тенны прибегают к следующему косвенному методу. Сначала измеряют собственную длину волны А₀ антенны, затем в пучность тока вводится эталонная индуктивность L_3m и измеряется удлиненная волна А_х антенны; тогда г -_L _*L

^lj3 — 2 ,2 *

— /q

Динамическая же индуктивность ределяется из ф-лы

_{7 7} l-cos0

А* — А? e. _sin о »

Θ =

где

*0.

2

Действующая индуктивность

J 1 γ 20 - sin 20

~~ 2 20 sin 20

антенны оп-

Об измерении индуктивности конденсаторов см. Измерение, Измерения в радиотехнике.

6. Измерители коэфициента взаимоиндукции М_х. Абсолютным методом является следующий. По первичной обмотке пропускается высокочастотный ток /_1}

измеряемый например тепловым прибором. На концах же вторичной обмотки измеряется напряжение Е₂, например катодным вольтметром; тогда где частота ω определяется одним из методов измерения частоты (смотрите Частоты измерение). К числу относительных методов принадлежат методы сравнения с эталонной взаимоиндукцией, затем методы мостов, метод резонанса, метод ди-ференциального трансформатора и т. д. Метод моста, один из вариантов которого представлен на фигуре 17, дает возможность определить М_х наиболее просто:

М_х=L—

Ж П + Г₂

м_х=с г,

здесь L — индуктивность одной из катушек. О других методах см. Измерение, Измерения в радиотехнике. Простым методом является также метод лампового вольтметра. Так, последовательно с первичной катушкой измеряемой взаимоиндукции включают переменное сопротивление R и питают их током 1 частоты /. Ламповый вольтметр приключают ко второй катушке взаимоиндукции и с помощью сопротивления R устанавливают желаемое отклонение. Затем делитель напряжения присоединяется к первичной катушке и с помощью R опять устанавливают прежнее показание лампового вольтметра; тогда

₂ и М и вычисление к согласно ф-ле м

7. Измерители коофиц цента связи к. Простейшим методом определения к двух индуктивностей является раздельное измерение L_l9 JL,

к =

V Li · L₂

В случае наличия емкостной связи (смотрите) прибегают к следующему способу (фигура 18). Контур II размыкают, а контур I связывают слабой связью с высокочастотным генератором. Измеряя напряжение Е₁₂ на обкладках конденсатора С₁₂> а затем Е_г между точками а и с и далее, размыкая контур I и замыкая контур II, к-рый связывается с высокочастотным генератором, и производя аналогичные измерения £₂₁ и £₂ в контуре II _у получим

-V

Е12 · Е21

-W-

и

Фигура 18.

Е · Е₂

Этот же метод и формула справедливы при наличии как гальванической связи (смотрите) (когда вместо С₁₂ включено сопротивление), так и автотрансформаторной связи (смотрите) (когда вместо С₁₂включена катушка индуктивности). Коэф. связи к можно измерять также методом диференциально-го трансформатора.

Я. Измерение частоты и длины волны — см. Частоты измерение, Волномер, Измерение, Измерения в рад йоте х-н и к е. Измерение частот связанных колебаний (смотрите) — см. Измерение, Измерения в радиотехнике. Измерение собственной длины волны антенны производят следующим путем. Связывая с антенной высокочастотный генератор, изменяют настройку последнего, то есть его частоту. Наблюдая в это время за тепловым прибором, включенным в антенну, легко заметить, что прибор будет показывать ряд максимальных значений токов. Все эти максимумы соответствуют обертонам антенны. Следовательно максимум, соответствующий наибольшей длине волны генератора, будет тем самым - определять собственную длину волны антенны. Длина волны генератора определяется одним из способов, указанных в ст. Частоты измерение (смотрите). Совершенно аналогично представляется возможным определить собственную длину волны катушки индуктивности той или иной схемы или электрич. цепи.

Измерения собственной длины волны пьезокварцевой пластин-к и можно производить рядом методов. Наипростейшим является метод Кеди, состоящий в том, что кварцевая пластинка помещается параллельно конденсатору нек-рого колебательного контура. Снимая кривую резонанса контура с кварцем, легко обнаружим в кривой ряд впадин. Наибольшей глубины впадина на нек-ром участке резонансной кривой соответствует собственной частоте одного из видов колебаний пьезо-кварцевой пластинки (смотрите Пьезокварц и Стабилизация частоты). В тех случаях, когда можно ограничиться небольшой точностью, длину волны собственных колебаний кварцевой пластинки определяют путем измерения акустических волн. Для этого в одном из электродов держателя кварцевой пластинки делают отверстие и припаивают к нему трубку, в к-рую помещают поршень, передвигаемый помощью микрометра. Перемещая поршень и отмечая силу тока в цепи сетки генератора, заметим ряд максимумов и минимумов. Расстояние между двумя максимумами соответствует половине длины акустич. волны. По известному соотношению между скоростью распространения звука в воздухе при данной t° и скоростью распространения электромагнитных колебаний находят собственную длину волны пьезокварцевой пластинки. Здесь получается точность измерений порядка 0,1%.

9. Измерители мощности Р_х. Проще всего определить Р_х при незатухающих колебаниях путем раздельного измерения действующей силы тока I и активного сопротивления г, тогда Р_х=I² · г. Можно определить Р_х также путем измерения I и E_t тогда Р_х *= Е · /.’Однако это определение верно лишь для случаев, когда угол фаз между Е и I равен нулю, то есть когда

wL —. Удобной является схема, представлен-.

ная на фигуре 19. Здесь объект Z включается последовательно с двумя равными малыми сопротивлениями (меньшими Z). Сопротивление же В_г значительно больше Z. Здесь Р_х=k-I_a, где 1_а — ток в анодной цепи, а к — нек-рый коэф., определяемый при градуировке.

Таким ваттметром можно измерить мощности менее

20рЛУ. Лампы здесь должен быть с тождественными характеристиками. Из других методов измерения упомянем метод диференциального конденсатора, затем метод мостика из термопар (фигура 20)

согласно формуле Р_х=где а — отклонение гальванометра Gy а к—постоянная. Т. о. гальванометр G м. б. отградуирован в W. Далее следует упомянуть об измерителе Р_х с безинерционным осциллографом. Если отклонение пучка в одном направлении производится полем, интенсивность которого пропорциональна току, а отклонение в другом направлении полем, пропорциональным напряжению, то получаемая на экране площадь замкнутой фигуры Лиссажу дает для этого случая ф-лу

Р_ж=3 · 10^{8 k}-^Gx-^s->

где S — площадь фигуры в см², С — емкость конденсатора, включенного параллельно одной паре отклоняющих пластин в F,h к — постоянная, определяемая при первоначальной градуировке измерителя. Нередко Р_х определяется также методом калориметра, например определением Р_ж, выделяемой на катушке индуктивности при прохождении высокой частоты тока. Последняя в этом случае помещается в калориметр, тогда где Q — количество тепла в cal, необходимое для повышения г° всей системы на 1°, ΔΘ — повышение t° жидкости и Т — продолжительность измерений в ск. В Р. часто приходится определять Р_х рассеиваемую на аноде генераторной лампы. Общепринятым здесь является метод калоримс-

20

Т. Э. Доп. т. трический. В случае лампы с водяным охлаждением измеряют в см^ъ количество воды, прошедшей через охлаждающую систему за время Т, причем одновременно измеряется разность темп-р А6—входящей и выходящей воды. В этом случае мощность, рассеиваемая на аноде, будет Р - А - ΑΘ ^а 0,239-Т

В случае «сухой» лампы применяют способ термометра, подвешиваемого вблизи генераторной лампы, и отмечают его показание. Затем, разрывая цепь колебательного контура генератора, дают на сетку генераторной лампы положительный потенциал до тех пор, пока термометр не покажет ту же t°, что и при генераторном режиме лампы. Беря в последнем случае отсчеты 1_а и E_ai определяют Р_а из соотношения Рα= 1а- Еа-

Что касается измерения мощности, излучаемой антенной, то это .производят, исходя из существующей зависимости (смотрите Излучение и прием)

Л-

где P_s — излучаемая мощность в W, Е — напряженность поля в mV/ж и d— расстояние между передающей антенной и местом измерения напряженности поля по прямой. Кпд лампового генератора определяется из соотношения

μ=77 Ю0%;

здесь Р₂=1_а Е_а + I_f · E_f) где Е_а и E_f — постоянные напряжения — анодное и накала, 1_а и If — соответствующие, токи^ а Р_г — мощность в⁷ анодном контуре, определяемая как произведение квадрата силы высокочастотного тока в контуре на активное сопротивление контура. При больших мощностях Р_г определяется фотометрически — по одинаковой яркости свечения ламп при постоянном и высокочастотном токе.

10. Измерение логарифмического декремента затухания#, а) Измерение # колебательного контура производится, исходя из ф-лы

ϋ=л

(здесь Д₂ > К)»

где 1_Г — ток в контуре при резонансе, /₂ — ток в контуре при небольшой расстройке, А_г — длина волны, соответствующая резонансу, Я₂ — длина волны при небольшой расстройке. Аналогично

i) у _iL_.

V i?-i|

Далее # можно определить, исходя из ф-лы

ja _ ^π @2 — Ci

2 C_r

где C_r — емкость контура при резонансе, при ^к-ром сила тока в индикаторе, связанном с контуром, будет /_r, С2 и С_г — емкости контура, соответствующие силе тока в индикаторе, равной γ-, причем С_х > С_г > С₂. Из других методов упомянем метод мостика с диференциальным термоэлементом, метод трех термоэлементов, метод подстановки и наконец метод с катодной трубкой. Простой метод предложен Рунге для измерения декремента колебательного контура. К колебательному контуру присоединяется ламповый вольтметр, служащий индикатором. Далее с упомянутым контуром связывается ламповый генератор мощностью порядка 10 W, в коле бательный контур которого включается тепловой амперметр. Катушка контура генератора имеет поворотное короткозамкнутое кольцо, установку которого можно отсчитывать по шкале. Настраивая генератор в резонанс с измеряемым контуром посредством переменного конденсатора при средней установке короткозамкнутого кольца, получим максимальное отклонение лампового вольтметра. Затем, увеличивая анодное напряжение до тех пор, пока ток в колебательном кошу ре не возрастет в }/~2, что одновременно увеличит показания лампового вольтметра, поворачивают короткозамкнутое кольцо катушки в обе стороны от средней установки до получения предыдущего максимального отклонения лампового вольтметра. Тогда декремент контура равен сумме расстроек, выраженных в % и отсчитанных по шкале, умноженной на π.

- б) Измерение # пьезокварцевой пласт инк и производится так. Последовательно с кварцем Q (фигура 21) включается детектор D с гальванометром G.

Вся эта система замыкается на катушку индуктивности: L, к-рую в свою очередь связывают с высокочастотным генератором. Изменяя частоту лампового генератора и одновременно измеряя величину тока /, проходящего через гальванометр, получаем ряд точек резонансной кривой; тогда

□

jJEZZZ3i

Фигура 21.

где

-W*

У =

U ^r i — У h · /2

/_ь /₂ и 1_Г—силы тока при частотах /_1} /₂ и /_г, причем > f_r > /₂, a f_r — частота, соответствующая резонансу. С целью уменьшения паразитных связей и непосредственных влияний применяют схему фигура 22.

гЭнран

Фигура 22.

11.Измерители напряженности электромагнитного поля. Вследствие большого числа величин, входящих в определение напряженности поля Е, точность здесь порядка 10—20% и лишь в новейших (с 1934 г.) сложных устройствах точность достигает порядка 5%. Простейшим сравнительным методом измерений напряженности поля является метод шунта, или параллельных омов, состоящий в том, что телефон приемника шунтируется безиндук-ционно-безъемкостным переменным сопротивлением. Подбирая величину такого сопротивления до полного исчезновения звука в телефоне, коэф. слышимости определим из соотношения

где г_т—сопротивление телефона, a r_g— сопротивление шунта. Улучшенным методом является следующий. Приемную антенну и сам приемник настраивают в резонанс с измеряемой радиостанцией. С помощью шунта параллельного телефону, устанавливают коэф. слышимости А

и затем, возбуждая местный источник колебаний с помощью шунта в генераторе, устанавливают ту же слышимость; тогда где h₂ — действующая высота антенны, г₂ — активное сопротивление антенны, a I₂== I _г где

М_г — коэфициент взаимоиндукции между антенной и приемником, М,— то же между приемником и местным источником высокочастотных колебаний и /₃ — ток в контуре местного генератора, связанного с приемником. При измерениях больших величин Е (больше 30 μΥ/м) используют метод приемной рамки, замкнутой на конденсатор переменной емкости и настраиваемой на волну передающей радиостанции. Здесь

π ₌ ^г2 ‘ ^я · h 2л · п · S ¹

где /₂ — измеряемый ток в рамке при резонансе в тА, г₂ — активное сопротивление антенны в Ω, А — волна измеряемой радиостанции в ж, ii — число витков рамки, S — площадь одного витка в м², Е — напряженность поля в μΥ/м. При более точных измерениях, учитывающих синусоидальное распределение тока и напряжения по длине провода рамки, следует еще умножить

kl 1

написанное выражение на _fe?-, где I — половина длины провода рамки и к — коэф., зависящий от А. Вместо измерения /₂ можно измерить напряжение Е_с на конденсаторе рамки; тогда где h₂ — действующая высота рамки. При более точных расчетах следует исходить из выражения

77=2k* ‘ ^Ес * О <° · Г2 ⁼ Ь,2 · Sin 2 hi

Для определения величины к1 связывают рамку с высокочастотным гетеродином и при резонансе измеряют силу тока у конца провода рамки и силу тока в середине рамки. Отношение величин сил" токов определяет величину cos kl.

Для измерения слабых полей применяют методы сравнения (компарирования) эдс в приемной рамке с известной эдс, подаваемой в рамку от местного высокочастотного источника (радиокомпа рирование) или от низкочастотного источника (аудиокомпарирование). Первые дают большую точность, чем вторые, и поэтому имеют наиболее широкое распространение. В настоящее время предложено большое число схем компараторов, совершенствование, равно как и повышение точности которых весьма быстро прогрессирует. Подробнее см. Компаратор в радио-т е х н и к е. Современные компараторы позволяют измерять интенсивность атмосферных и иных полей, а также эффект замирания при радиоприеме.

12. Измерение параметров электронных ламп — см. Лампа электронная.

13. Измерение параметров антенн— см. Радиосети. Выше мы упомянули уже методы измерений активных сопротивлений антенн статич. и динамич. емкостей и индуктивности антенн, собственной длины волны, мощности излучения и других параметров антенн. Здесь приведем еще следующие методы измерения. а) Действующая высота рамки определяется, исходя из ф-лы ь __ 2 я * п · S П₂-—_λ,

где п — число витков рамки, S — площадь одного витка рамки в м², А — длина рабочей волны, a h₂ — действующая высота в метров. б) Действующая высота передающей антенны в м определяется, исходя из ф-лы

Ь _ λ · d · E ^ll 120 · л · h »

где I_x — ток в пучности, Е — напряженность поля в pV/ж, d — расстояние места измерений до антенны по прямой в км. в) Измерение сопротивления излучения антенны и сопротивления заземления состоит в том, что на расстоянии примерно пяти длин волн от передающей антенны устанавливают приемную антенну и измеряют силу тока 1_г в передающей и /₂ в приемной антеннах. Затем передающую антенну сни-. жают на 0,1 первоначальной высоты и настраивают так, чтобы ток 1{ доставлял прежнюю мощность; тогда сопротивление излучения

V - /i

• Ц · Γι,

а сопротивление заземления где г_г — эффективное сопротивление передающей антенны, г_а — сопротивление антенного провода, а г=1 · г_г ·

и

14. Измерение угла и сопротивления потерь конденсатора. Как известно, конденсатор с потерями эквивалентен конденсатору без потерь, зашунтировак-ному утечкой

_ 1

¹⁸ ω · с · tg Ψ ¹

где ψ — угол потерь, а С — емкость конденсатора. Можно также представить конденсатор с потерями в виде конденсатора без потерь, последовательно с которым включено сопротивление:

_r=J%JL.

ω · С

Измерение эквивалентных шунтирующих и последовательно включенных сопротивлений можно

осуществить по схемам а схемы фигура 23 имеем

и b фигура 23 и 24. Из г

^гэт а из схемы фигура 24

IL

Г4 *

^rs ^гэт ’ р₄ *

Зная г и r_s, нетрудно определить tgtp. Измерение самого сопротивления потерь производят путем составления колебательного контура из некоторой катушки индуктивности, измеряемого конденсатора и теплового прибора. Этот колебательный контур связывают с высокочастотным ламповым генератором и измеряют его активное сопротивление (например методом замещения). Затем вместо конденсатора с потерями включают эталонный конденсатор без потерь и снова определяют активное сопротивление контура. Разность измерений двух значений активных сопротивлений дает значение сопротивления потерь конденсатора. Последнее для различных конденсаторов находится обычно в пределах от сотых долей Ω до двух десятков Ω. Поскольку сопротивление потерь есть ф-ия частоты и емкости, то приведенное сопротивление потерь

r„ =. {С. ΙΟψ/г,

где λ — длина волны в м, С — емкость в pF и г—в Ω. У хороших конденсаторов угол потерь ψ < 20.

15. Измерители коэ ф-т а модуляции к_т. Точность современных измерителей ко-

Фиг.~25. Фигура 26.

эфициента модуляции к_т находится в пределах 1—10%. Принципы, лежащие в основе измерителей, заключаются в применении шлейфных или безинерционных осциллографов, ламповых вольтметров, тепловых измерителей тока и напряжения и тому подобное. Основные измерители к_т требуют последующего вычисления, однако существуют и прямо показывающие измерители. Ряд методов

пой радиостанции. Наиболее точным способом измерения к_т считается способ, определяющий наибольшую (1_т(тт)) и наименьшую {1_т(_т{„)) амплитуды модулированных колебаний по кривой, снятой шлейфовым осциллографом; тогда

, Imimax) — Imfniin)

jYl —— ·

Imimax) + Imimin)

Далее k_m можно определить с помощью безинер-ционного осциллографа по фигурам Лиесажу, получаемым на экране. При модуляции фигура Лисеажу будет заключать два эллипса (фигура 25). Отрезок АВ будет пропорционален 1_т(_тах), а отрезок CD — l_M(min)· В отдельных случаях применяется способ прямолинейной развертки колебаний. В этом случае кривая, получаемая на экране безинерционного осциллографа, позво-ляет определить 1_т(тах) и 1_т(т{п) (фигура 26). Далее к_т можно измерять путем определения напряжения на обкладках конденсатора С, заряжаемого через диод (фигура 27) например статич. вольтметром, показания которого пропорциональ ны амплитуде подводимого напряжения. Определяя Е в отсутствии модуляции, а затем Е_ш при наличии модуляции, имеем

7. Б_т — Е ^т e

Насаживая подвижные системы двух статич. вольтметров на одну ось под углом 81°, осуществляют измеритель с непосредственным отсчетом к_т по принципу фигура 27. Для измерения наибольшей амплитуды напряжения модулированных колебаний представляется возможным использовать неоновую лампу благодаря постоянству напряжения зажигания последней. Предложен ряд схем, измеряющих к_т с помощью нескольких тепловых амперметров, затем с помощью теплового амперметра и вольтметра, с помощью лампового вольтметра с компенсацией и т. д. Наибольшее распространение имеет нижеследующая схема, пригодная для измерений как вблизи, так и вдали от передатчика (фигура 28). Колебательный контур LC настраивается на частоту радиостанции. Когда переключатель находится в положении /, схема измеряет Е_т^_тах^ для чего потенциометр Р₃ устанавливают на исчезновение анодного тока. Показания V будут пропорциональны Е_т(тах). Для измерения E_mimin)

Фигура 29. Фигура 30.

исчезновения тока 1_а. Показания V будут пропорциональны E_m(_min). Здесь

Е._}р Qnax) — Б_т(_т {E)

к_т ·

К tn (max) + Emiviin)

Схема при тщательном экранировании дает точность до 2%.

16. Измерение разности фаз можно произвести помощью схемы фигура 20: к точкам AD и ВС подводят два синусоидальных тока 1_г и /₂, имеющих одинаковые фазы; тогда отклонение гальванометра G будет а_г=к!_г. Затем вместо 1_Х подводится П, тогда α= λ,Λ. Здесь

«1 ·

Изображенная на фигуре 29 схема Траутвейна позволяет определить фазовый угол путем трех измерений. Приложенные напряжения в цепи сетки и анода подгоняют к напряжениям, имевшим место при градуировке. Затем по данной величине анодного тока I определяют разность фаз φ по кривой градуировки. Разность фаз определяют также с помощью цепной линии. Угол сдвига фаз можно определить также с помощью трубки Брауна путем определения длин диаметров двух эллипсов, описываемых светящейся точкой на экране (фигура 30). Здесь

cos φ =

АБ · ВГ АБ · ВГ *

17. Измерение ко эфициента усиления высокочастотного усилителя (смотрите) производится по схеме фигура 31. Здесь сначала приключают ламповый вольтметр к клеммам г и передвигают движок S_x так, чтобы параллельно лампе было включено наибольшее со-

противление. Затем регулировкой движка S добиваются возможно большего отклонения лампового вольтметра. Далее ламповый вольтметр переключают в анодную цепь и движок S_x уста-* навливают так, чтобы между сеткой и нитью было короткое замыкание. В последнем случае вольтметр не должен давать отклонений. Затем регулируют S_x до тех пор, пока не получится прежнее показание вольтметра. Пусть в первом случае сопротивление г соответствовало величине r_lt а во втором случае г₂; тогда козф. усиления напряжения

При очень больших усилениях прибегают к методу аттенюатора, при к-ром ток, соответствующий падению напряжения на усилителе, определяется косвенным путем. Вышеизложенное имеет в виду усилители без регенерации. При регенерации усилителя непосредственное измерение коэф-та усиления напряжения весьма затруднительно. Измерение истинного усиления высокой частоты приемника производится путем включения в колебательный контур достаточ-1 но большого активно- го сопротивления г и измерения напряжения ламповым вольтметром. При отсутствии регенерации показания последнего должен быть одинаковы как при выключенном, так и включенном накале ламп приемника (фигура 32). Регулируя сопротивление г, можно получить и при наличии регенерации то же отклонение лампового вольтметра, что и при отсутствии регенерации. Т. о. г является мерой обратной связи. Если активное сопротивление контура есть JR, то при регенерации оно будет R—г, а коэф. регенерации к - ^R

^КГ— R — г >

флг. 31.

		Приемник
		- Ламп i о вольтметр

Фигура 32.

откуда истинный козф. усиления к=k_v · k_ri

где k_v — коэфициент усиления в отсутствии регенерации.

Лит.: Хвольсон О., Курс физики, т. 1, Берлин, 1923; Г у н д А., Измерения при высокой частоте, пер. с нем., М.—Л., 1931; Шаров В., Радиотехнич. измерения и расчеты, Л., 1932; Кьяндский Г., Радио-технич. измерения, М.—Л., 1932; Анцелович Е., Радиотехнич. измерения, М.—Л., 1932; Арденне М., Техника измерений усилителей, пер. с нем., М.—Л., 19 33; Ширков В., Основные радиотехнич. измерения, М., 1933; Мои lin Е., The Theory a. Practice of Radio Frequency Measurments, L., 1926; Rein H.u.W irt z K., Radiotelegraphisches Praktikum, 3 Aufl., B., 1927;

NesperE., Messtechnik fur Radio-Amateure, B., 1928; A r d e η n e M., Verstarkemesstechnik, B., 1929; Brown H., Radiofrequency Electrical Measurments, N. Y., 1931; M"o г e с г о f t J., Principles of Radio Communication, N. Y., 1933; Hund A., High-Frequency Measurments, N. Y., 1933; SmytheW. a. Michels W., Advanced Electrical Measurments, L., 1933; Golding E., Electrical Measurments a. Measuring Instruments, Б 1933; Fassbender H., Hochfrequenztechnik in der Luftfahrt, W., 1932; Oakley H., Some Developments in High Frequency Measuring Equipment, «Radio Brodcast», N. Y., 1930, v. 16, 5, p. 262; Some New Radio Instruments, «Electrical Review», London, 1930, v. 106, 2725, p. 294. А. Вайнберг.