Q-метри (Kumeters)
Устройствата, предназначени за измерване на коефициента на качество на елементи на високочестотни вериги, често се наричат измервателни уреди. Действието на измервателните уреди се основава на използването на резонансни явления, което позволява измерването на качествения фактор да се комбинира с измерването на индуктивност, капацитет, естествена резонансна честота и редица други параметри на тестваните елементи.
Kumetr, опростена диаграма на която е показана на фиг. 10 съдържа три основни компонента: високочестотен генератор, измервателна верига и резонансен индикатор. Генераторът работи в широк, плавно припокриващ се честотен диапазон, например от 50 kHz до 50 MHz; това позволява да се извършват много измервания при работната честота на тестваните елементи.
Изследваната индуктивна намотка Lx, Rx през клеми 1 и 2 е свързана последователно с измервателната верига с еталонния променлив кондензатор Co и свързващия кондензатор C2; капацитетът на последния трябва да отговаря на условието: C2 >> Co.m, където Co.m е максималният капацитет на кондензатора Co. Чрез капацитивен делител C1, C2 с голямо съотношение на разделяне
еталонното напрежение Uо на необходимата висока честота f се въвежда във веригата от генератора. Токът, възникващ във веригата, създава спад на напрежението UС през кондензатора Co, който се измерва с високочестотен волтметър V2.
Входното съпротивление на волтметъра V2 в рамките на работните честоти на измервателния уред трябва да бъде много високо. При достатъчно висока чувствителност волтметърът е свързан към измервателната верига чрез капацитивен делител на напрежението, чийто входящ капацитет се взема предвид като компонент на първоначалния капацитет на кондензатора Co. Тъй като всички кондензатори, съставляващи измервателната верига, имат много ниски загуби, може да се приеме, че активното съпротивление на веригата се определя главно от съпротивлението на загубите Rx на изследваната намотка.
Фигура: 10. Опростена схема на куметра
Чрез промяна на капацитета на кондензатора С, измервателната верига се настройва на резонанс с честотата на генератора f според максималните показания на волтметъра V2. В този случай във веригата ще тече ток Iр ≈ Uо/Rx, създавайки спад на напрежението в кондензатора
Като се има предвид, че при резонанс 1/(2 * π * f * Co) = 2 * & pi * f * Lx, намираме
където QL = (2 * π * f * Lx)/Rx е коефициентът на Q на намотката Lx при честота f. Следователно показанията на волтметъра V2 са пропорционални на качествения фактор QL. При фиксирано напрежение Uо скалата на волтметъра може да бъде калибрирана линейно в стойностите QL ≈ UC/Uо. Например, при Uо = 0,04 V и границата на измерване на волтметъра Uп = 10 V, входните напрежения на волтметъра 2, 4, 6, 8 и 10 V ще съответстват на QL стойности, равни на 50, 100, 150, 200 и 250.
Номиналното напрежение Uo се задава чрез регулиране на режима на изходния етап на генератора. Това напрежение се контролира според показанията на високочестотен волтметър V1, който измерва напрежението U1 = UоN на изхода на генератора. Например, ако Q-коефициентът на волтметъра V2 е направен при напрежение Uо = 0,04 V и коефициентът на разделяне е N = 20, тогава напрежението Ux = 0,04 * 20 = 0,8 V трябва да се поддържа на изхода на генератора Обхватът на измерване на волтметъра V1 трябва донякъде да надвишава изчислената стойност на напрежението U1 и е, например, 1 V.
Увеличение на горната граница на измерване на качествените фактори се постига чрез намаляване на напрежението Uо до стойност, няколко пъти по-ниска от номиналната. Да предположим, че при напрежение Uо = 0,04 V се осигурява директно отчитане на Q-факторите до стойността QL = 250. Ако напрежението Uо се намали наполовина, до 0,02 V, тогава стрелката на волтметъра V2 ще се отклони до цялата скала с Q-фактор QL = Uп/Uо = 10/0,02 = 500. Съответно, за да се увеличи горната граница на измерванията четири пъти, до стойността QL = 1000, измерванията трябва да се извършват при напрежение Uо = 40/4 = 10 mV.