Striedavé meracie mostíky a ich použitie

V striedavých obvodoch sa na účely merania používajú mostíkové obvody. Tieto schémy umožňujú určiť hodnoty kondenzátorov a indukčností, tangenty uhla dielektrických strát kondenzátorov, ako aj vzájomné indukčnosti cievok.

Meracie mostíky striedavého prúdu sú úplne odlišné schémy, o ktorých sa bude diskutovať nižšie. Najpopulárnejšie sú vyvážené mostíky so štyrmi ramenami, kde procesy merania indukčností, kapacít a dotyčníc dielektrických strát môžu byť sprevádzané kompenzáciou parazitných parametrov.

Dve skupiny meracích mostíkových obvodov striedavého prúdu sú obzvlášť výrazné: transformátorové mostíky (s indukčne viazanými ramenami) a kapacitné mostíky. Kapacitné mostíky sú obvody so štyrmi ramenami, v ktorých sú v ramenách inštalované kapacitné a aktívne prvky. Transformátorové mostíky sa vyznačujú prítomnosťou sekundárnych vinutí transformátora v dvoch ramenách, ktoré slúžia na napájanie mostíka.

Pokiaľ ide o kapacitné obvody, môžu zahŕňať konštantnú kapacitu a premenné (aktívne) odpory a konštantné (aktívne) odpory a premenlivé kapacity. Konštantný kapacitný mostík sa buduje jednoduchšie, pretože nepotrebuje špeciálne meniteľné kondenzátory, namiesto toho je k dispozícii dostatočná zásoba rezistorov (aktívnych odporov).

Vďaka premenlivým odporom môže byť mostíkový obvod vyvážený vzhľadom na jalovú a aktívnu zložku napätia. Jeden premenný rezistor je kalibrovaný podľa hodnôt kapacity, druhý podľa hodnôt tangenty dielektrických strát. V dôsledku toho sa získa ekvivalentný sériový obvod študovaného kondenzátora. Nasledujúca rovnosť bude odrážať tento rovnovážny stav mosta a porovnanie imaginárnych a skutočných častí poskytne iba hodnoty hľadaných veličín:

Ale v skutočnosti sa parazitné parametre vždy objavia a dávajú chyby už na zvukových frekvenciách. Zdrojom týchto chýb sú parazitné indukčnosti, kapacity, vodivosti, presnosť merania uhla dielektrickej straty je ohrozená. Opatrenia na zníženie vplyvu týchto faktorov sú neindukčné a kapacitné vinutie prvého odporu. Ale v skutočnosti je jednoducho potrebné tieto vplyvy správne kompenzovať.

Takže na kompenzáciu parazitnej indukčnosti je trimerový kondenzátor zapojený paralelne s druhým odporom. Prítomnosťou izolačných častí a transformátora navyše vznikajú parazitné kapacity a parazitné odpory, preto je potrebné dvojité tienenie samotného transformátora.Aby sa znížil vplyv kapacity a vodivosti dielov, sú vyrobené z vysokokvalitného dielektrika, ako je fluoroplast. Ako zdroj energie je vhodný generátor audio frekvencie.

Konštantné odpory používané v mostoch poskytujú výhodu: nie je potrebné kalibrovať premenlivý odpor. V ramenách je len konštantný odpor, konštantný kondenzátor a variabilné kondenzátory. Meranie ich schopností je možné priamo. Študovaná kapacita je jednoducho pripojená k terminálom, po ktorých je mostík vyvážený nastavením variabilných kondenzátorov , Výpočty sa vykonávajú podľa vzorcov, z ktorých je zrejmé, že mierka pre dotyčnicu sa získa priamo zo vzorca s premenlivou kapacitou, pretože odpor a frekvencia sú nezmenené:

Meracie mostíky s indukčne spojenými ramenami (transformátorovými mostíkmi) sú oproti kapacitným mostíkom lepšie v niekoľkých aspektoch: vyššia citlivosť z hľadiska dotyčnice a kapacity, nízky vplyv parazitných vodivosti zapojených, každopádne paralelne k ramenám.

Viacdielne transformátory môžu výrazne rozšíriť prevádzkový rozsah (meracia stupnica) mosta. Existuje niekoľko typických návrhov transformátorových mostíkov, ale najobľúbenejší je dvojitý transformátorový most:

Reťaz je plne regulovaná vyčíslením počtu otáčok; nepotrebuje variabilné kondenzátory ani premenné odpory. Týmto spôsobom je možné vytvárať merače s veľkým rozsahom viacdielnych transformátorov a je potrebné minimum vzorových prvkov.

Tu sú obvody galvanicky oddelené, to znamená, že je zrejmé, že rušenie parazitnými spojmi je minimálne, preto môžu byť prepojovacie vodiče pomerne dlhé. Nasledujúce rovnice platia, keď je mostík v rovnováhe:

Ako viete, pri meraní kapacít kondenzátorov sa do popredia dostávajú aktívne straty vo forme tangens dielektrických strát. Takže podľa tohto parametra sú kondenzátory rozdelené do troch skupín (a ekvivalentné obvody sa pri tejto frekvencii líšia):

Nasledujúce pomery odrážajú impedanciu kondenzátora v obvode striedavého prúdu a jeho dotyčnicu v sériových a paralelných ekvivalentných obvodoch:

Meranie kapacity bezstratového kondenzátora sa uskutočňuje podľa nasledujúcej schémy, kde dve aktívne ramená určujú meracie limity pomerom svojich hodnôt a kapacita vzorky je premenlivá. Tu sa v procese merania vyberú pomery rezistorov, zmení sa hodnota kapacity vzorky. Rovnovážny výraz mostíka je:

Meranie nízkostratovej kapacity sa vykonáva podľa schémy postupnosti výmeny kondenzátora, pričom sa mostík vyvažuje zmenou kapacity a aktívneho odporu, pričom sa dosiahne minimálna hodnota nulovej stupnice indikátora. Podmienka rovnosti dáva nasledujúce výrazy:

Kondenzátory s významnými dielektrickými stratami vyžadujú v ekvivalentnom obvode odpor, ktorý má byť zapojený paralelne so vzorkou, podľa vyššie uvedenej schémy. Vzorec pre dotyčnicu bude vyzerať takto:

Takže pomocou mostíkov je možné merať kapacity skutočných kondenzátorov s nominálnymi hodnotami od jednotiek pF do desiatok mikrofarád a s vysokým stupňom presnosti (od 1 do 3 rádov).

Meraním indukčnosti pomocou vyššie opísaného prístupu je možné porovnávať s kapacitami a nie nevyhnutne s indukčnosťami, pretože vytvorenie presnej premennej indukčnosti nie je ľahká úloha. Takže namiesto induktorov používajú obvody ekvivalentné vzorkovacej kapacite. Rovnovážny stav vám umožňuje nájsť odpor a indukčnosť, výsledok je zapísaný v nasledujúcom tvare:

Môžete tiež nájsť faktor Q:

Samozrejme, že otočná kapacita spôsobí malé skreslenia, ale tie sa často ukážu ako zanedbateľné.