Maiņstrāvas mērīšanas tilti un to izmantošana

Maiņstrāvas ķēdēs mērīšanas nolūkiem tiek izmantotas tilta ķēdes. Šīs shēmas ļauj noteikt kondensatoru un induktivitātes vērtības, kondensatoru dielektrisko zudumu leņķa pieskares, kā arī spoļu savstarpējās induktivitātes.

Maiņstrāvas tiltu mērīšana ir pilnīgi atšķirīgas shēmas, tās tiks apspriestas tālāk. Populārākie ir līdzsvaroti tilti ar četrām svirām, kur induktivitātes, kapacitātes un dielektrisko zudumu tangenšu mērīšanas procesus var papildināt ar parazitāro parametru kompensāciju.

Īpaši izteiksmīgas ir divas maiņstrāvas mērīšanas tiltu ķēžu grupas: transformatoru tilti (ar induktīvi savienotiem svirām) un kapacitatīvie tilti. Kapacitatīvie tilti ir ķēdes ar četrām svirām, kurās ir uzstādīti kapacitatīvie un aktīvie elementi. Transformatoru tiltus raksturo transformatora sekundāro tinumu klātbūtne divās rokās, kas kalpo tilta barošanai.

Kas attiecas uz kapacitatīvām shēmām, tās var ietvert gan nemainīgas kapacitātes un mainīgas (aktīvas) rezistorus, gan pastāvīgus (aktīvos) rezistorus un mainīgās kapacitātes. Pastāvīgas kapacitātes tiltu ir vieglāk uzbūvēt, jo tam nav nepieciešami īpaši nomināli mainīgi kondensatori, tā vietā ir pietiekams rezistoru (aktīvās pretestības) krājums.

Pateicoties mainīgajiem rezistoriem, tilta ķēdi var līdzsvarot attiecībā pret reaktīvā un aktīvā sprieguma komponentiem. Viens mainīgais rezistors tiek kalibrēts pēc kapacitātes vērtībām, otrs pēc dielektrisko zudumu pieskares vērtībām. Rezultātā tiek iegūta pētāmā kondensatora līdzvērtīga virknes ķēde. Sekojošā vienādība atspoguļos šo tilta līdzsvara stāvokli, un, pielīdzinot iedomāto un reālo daļu, tiks iegūtas tikai meklēto lielumu vērtības:

Bet patiesībā parazitārie parametri vienmēr parādās un dod kļūdas jau audio frekvencēs. Parazitārās induktivitātes, kapacitātes, vadītspējas ir šo kļūdu avoti, tiek apdraudēta dielektriskā zuduma leņķa mērīšanas precizitāte. Pasākumi šo faktoru ietekmes mazināšanai ir pirmā rezistora neinduktīvais un kapacitatīvās tinums. Bet patiesībā ir vienkārši nepieciešams pareizi kompensēt šīs ietekmes.

Tātad, lai kompensētu parazitāro induktivitāti, trimera kondensators ir savienots paralēli otrajam rezistoram. Turklāt no izolējošo detaļu un transformatora klātbūtnes rodas parazitārās kapacitātes un parazitārās pretestības, tāpēc ir nepieciešams paša transformatora dubulto ekrānu.Lai samazinātu detaļu kapacitātes un vadītspējas efektu, tās ir izgatavotas no augstas kvalitātes dielektriķiem, piemēram, fluoroplastmasas. Audio frekvences ģenerators ir piemērots kā strāvas avots.

Pastāvīgās pretestības, ko izmanto tiltos, sniedz priekšrocības: nav nepieciešams kalibrēt mainīgo rezistoru. Rokās ir tikai pastāvīga pretestība, nemainīgs kondensators un mainīgie kondensatori. To spēju mērījumi ir iespējami tieši. Pētāmā kapacitāte ir vienkārši savienota ar spailēm, pēc kā tiek balansēts tilts, regulējot mainīgos kondensatorus.Aprēķini tiek veikti pēc formulām, no kurām var redzēt, ka pieskares skala tiek iegūta tieši no formulas ar mainīgu kapacitāti, jo pretestība un frekvence nemainās:

Mērīšanas tilti ar induktīvi savienotiem svirām (transformatoru tilti) ir pārāki par kapacitatīviem tiltiem vairākos aspektos: lielāka jutība pieskares un kapacitātes ziņā, zema parazitārās vadītspējas ietekme, kas savienota, jebkurā gadījumā, paralēli svirām.

Daudzsekciju transformatori var ievērojami paplašināt tilta darbības diapazonu (mērīšanas skalu). Ir vairāki tipiski transformatora tiltu modeļi, bet vispopulārākais ir dubultais transformatora tilts:

Ķēde tiek pilnībā regulēta, uzskaitot apgriezienu skaitu; tam nav nepieciešami mainīgi kondensatori vai mainīgi rezistori. Tādā veidā ir iespējams izveidot skaitītājus ar lielu daudzsekciju transformatoru klāstu, un ir nepieciešams minimāls parauga elementu skaits.

Šeit ķēdes ir galvaniski izolētas, tas ir, ir acīmredzami, ka traucējumi parazītisko savienojumu dēļ ir minimāli, tāpēc savienojošie vadi var būt salīdzinoši gari. Kad tilts ir līdzsvarā, ir spēkā šādi vienādojumi:

Kā zināms, kad runa ir par kondensatoru kapacitātes mērīšanu, priekšplānā izvirzās aktīvie zudumi dielektrisko zudumu tangensas veidā. Tātad, saskaņā ar šo parametru, kondensatori ir sadalīti trīs grupās (un līdzvērtīgās ķēdes attiecīgi atšķiras ar šo frekvenci):

Sekojošās attiecības atspoguļo kondensatora pretestību maiņstrāvas ķēdē un tā tangensu sērijveida un paralēlās ekvivalentās ķēdēs:

Bezzudumu kondensatora kapacitātes mērīšana tiek veikta saskaņā ar šādu shēmu, kur divas aktīvās rokas nosaka mērījumu robežas pēc to vērtību attiecības, un parauga kapacitāte ir mainīga. Šeit mērīšanas procesā tiek izvēlēti rezistoru attiecības, tiek mainīta parauga kapacitātes vērtība. Tilta līdzsvara izteiksme ir šāda:

Zema zuduma kapacitātes mērīšana tiek veikta pēc kondensatora nomaiņas secības shēmas, vienlaikus balansējot tiltu, mainot kapacitāti un aktīvo pretestību, sasniedzot nulles indikatora skalas minimālo rādījumu. Vienlīdzības nosacījums sniedz šādas izteiksmes:

Kondensatoriem ar ievērojamiem dielektriskiem zudumiem līdzvērtīgā ķēdē pretestība ir jāsavieno paralēli paraugam saskaņā ar iepriekš minēto shēmu. Pieskares formula izskatīsies šādi:

Tātad, izmantojot tiltus, ir iespējams izmērīt reālu kondensatoru kapacitātes ar nominālvērtībām no pF vienībām līdz desmitiem mikrofaradu un ar augstu precizitātes pakāpi (no 1 līdz 3 lieluma kārtām).

Mērot induktivitāti, izmantojot iepriekš aprakstīto pieeju, ir iespējams salīdzināt ar kapacitātēm, nevis obligāti ar induktivitātēm, jo ​​​​precīzas mainīgas induktivitātes izveidošana nav viegls uzdevums. Tāpēc viņi izmanto parauga kapacitātes ekvivalentās shēmas, nevis indukcijas. Līdzsvara nosacījums ļauj atrast pretestību un induktivitāti, rezultāts tiek uzrakstīts šādā formā:

Varat arī atrast Q faktoru:

Protams, kapacitāte no pagrieziena līdz pagriezienam radīs nelielus kropļojumus, taču tie bieži vien izrādās niecīgi.