Электрической емкости и индуктивности

Процесс воспроизведения единиц электрической емкости и ин­дуктивности заключается в установлении связей между численными значениями основных и производных единиц. Эти связи осуществ­ляются при помощи измерений, обработка результатов которых со­стоит в решении полученных систем уравнений с принятием за ос­нову расчетного численного значения параметра р, выраженного в основных единицах. Этим параметром могут быть емкость конденса­тора и индуктивность или взаимная индуктивность катушки.

С середины прошлого столетия разработкой методов расчета параметров специально подобранных конструкций элементов элек­трических цепей занимались многие выдающиеся теоретики и экс­периментаторы. Первоначально роль исходной расчетной меры выполняли однослойные соленоиды, индуктивность которых выра­жалась в основных единицах, т. е. определялась в функции их гео­метрических размеров. Точность воспроизведения генри находилась в пределах (1—2) • Ю^-5. Результаты исследования первичных этало­нов индуктивности показали, что при существующей технологии из­готовления и конструктивных формах соленоидов радикальное по­вышение этой точности вряд ли представляется возможным.

Развитие техники электрических измерений на переменном токе — усовершенствование конструкций трехэлектродных конден­саторов, мостовых цепей с индуктивно связанными плечами, высо­кочувствительной электрометрической аппаратуры, а также появив­шиеся в начале 60-х годов XX в. исследования Томсона - Лэмпарда послужили импульсом для продолжения работ по созданию физи­ческих и математических моделей конденсаторов. Например, для повышения точности воспроизведения и хранения фарада создан новый первичный эталон емкости — так называемый расчетный конденсатор. Название следует считать условным, поскольку это комплекс измерительных средств, содержащий:

> конденсатор, изменение емкости которого определяет (путем расчета) размер фарада;

> интерферометр для измерения геометрических размеров элек­тродов конденсатора, входящих в расчет;

> мостовую электрическую измерительную установку, предназ­наченную для сличения изменения емкостей расчетного конденса­тора, предусмотренных методикой воспроизведения единицы, и пе­редачи ее размера вторичным эталонам.

В качестве интерферометра применяется кварцевый трубчатый эталон Фабри—Перо.

Воспроизведение единиц емкости и индуктивности связано с проведением весьма сложных экспериментальных работ и громоз­дких совокупных измерений. Поэтому нецелесообразно частое по­вторение процесса воспроизведения единиц. В промежутках едини­цы должны храниться на уровне точности, близкой к той, которая была достигнута при их воспроизведении.

Учитывая опыт, накопленный в метрологических институтах, хранение единиц осуществляется в виде так называемых групповых эталонов. Групповые эталоны фарад и генри представляют собой не­сколько специально выбранных т мер одинакового номинального значения. Среднее значение параметра (в частном случае его откло­нение от номинального значения) для всех мер группы в период между воспроизведением единицы принимается неизменным.

Основными требованиями, которым должны удовлетворять от­дельные эталоны, образующие группу, являются высокая стабиль­ность параметров во времени, малая зависимость от климатических условий среды, защита от влияния внешних полей, малая зависи­мость от частоты, амплитуды и формы кривой приложенного напря­жения.

Для определения среднего значения группового эталона одно­временно с воспроизведением единицы определяют действительное значение Х₁ одной меры из состава соответствующего эталона. В то же время определяют действительное значение Xj остальных (т— 1) мер группы путем сличения их с мерой Х_х. Для сличений использу­ют метод разновременного сравнения мер X, и X_i посредством из­мерительной аппаратуры (компараторов), обеспечивающей получе­ние линейной связи параметров сличаемых мер.

В соответствии с изложенным для создания групповых эталонов выбраны следующие номинальные значения величин: 10 пФ — для электрической емкости; 10 мГн — для индуктивности и 1 Ом — для электрического сопротивления.

Метод хранения размеров единиц основывается на взаимном сличении т мер, входящих в группу, с помощью мостов-компара­торов. Среднеквадратическое отклонение размера единицы элект­рической емкости, хранимой с использованием расчетного конден­сатора, находится в пределах (2—5) • 10^-7.