Tilta mērījumi

Tilta ķēde - shēma elektriskās ķēdes elementu (pretestības, taisngriežu diožu uc) savienošanai, ko raksturo tilta atzara klātbūtne starp diviem ķēdes punktiem, kas nav tieši savienoti ar elektriskās enerģijas avotu. Tilta shēma ir balstīta uz Vitstonas tilta ķēdi (1. att.).

Tilta ķēdes darbības princips ir balstīts uz to, ka tad, kad pretestību attiecība tilta atzaros ir vienāda ar За / Зб = ЗНС/Зд, tilta diagonālē (indikatora ierīcē) nav strāvas. ). Palielinot nulles indikatora jutību, tilta ķēdē iespējams panākt ļoti precīzu pretestības attiecību vienādību. Tilta mērījumi ir balstīti uz šo principu.

Rīsi. 1. Tilta diagramma (Vitstonas tilta diagramma)

Tilta ķēžu barošanas avoti var būt līdzstrāvas vai maiņstrāvas avoti. Tilta balansēšana ir pilnībā neatkarīga no barošanas sprieguma svārstībām.

Tiltu mērījumi — līdzstrāvas (līdzstrāvas pretestība, strāva) un maiņstrāvas (aktīvā pretestība, kapacitāte, induktivitāte, savstarpējā induktivitāte, frekvence, zuduma leņķis, kvalitātes koeficients utt.) elektrisko ķēžu parametru mērīšanas metodes, izmantojot tiltu ķēdes. Tilta mērījumus plaši izmanto arī neelektrisko lielumu elektriskiem mērījumiem, izmantojot sensorus — mērītā daudzuma starpposma pārveidotājus par funkcionāli saistītā elektriskās ķēdes parametru.

Tiltu mērījumi tiek veikti, izmantojot mērīšanas tiltus (tilta instalācijas), kas pieder pie salīdzināšanas ierīču kategorijas. Kopumā tie ir balstīti uz noteiktas elektriskās ķēdes izmantošanu, kas sastāv no vairākām zināmām un vienas nezināmas (izmērītas) pretestības, ko darbina viens avots un aprīkota ar indikatora ierīci.

Mainot zināmās pretestības, šī ķēde tiek regulēta, līdz tiek sasniegts noteikts, ar rādītāju norādīts, spriegumu sadalījums atsevišķos ķēdes posmos. Ir skaidrs, ka noteikta spriegumu attiecība atbilst arī noteiktai ķēdes pretestību attiecībai, pēc kuras ir iespējams aprēķināt nezināmo pretestību, ja ir zināmas pārējās pretestības.

Vēsturiski pirmā, vienkāršākā un visizplatītākā tiltu mērījumu versija tika realizēta ar līdzsvarota tilta palīdzību ar četrām svirām, kas ir 4 rezistoru gredzenveida ķēde ("rokas" tilti), kurā ir savienots barošanas avots un rādītājs. pa diagonāli pretējām virsotnēm, zem «tiltu» formas (2. att.).

Rīsi. 2.

Ja ir izpildīts nosacījums R1R3 = R2R4 (attiecīgi Z1Z3 = Z2Z4 pie maiņstrāvas), spriegums tilta ķēdes izejā (neatkarīgi no barošanas sprieguma) ir nulle (Ucd = 0), tas ir, tilts ir " līdzsvarots «, ko norāda ar nulles rādītāju .

Līdzstrāvas tilta līdzsvara stāvokli, kas atbilst nosacījumam R1R3 = R2R4, var panākt, regulējot tikai vienu mainīgu parametru, kā arī ļauj noteikt tikai vienu nezināmu pretestību.

Lai sasniegtu komplekso maiņstrāvas līdzsvara stāvokli Z1Z3 = Z2Z4, kas sadalās, ja pretestību kompleksās vērtības Z = R + jx tiek aizstātas divos neatkarīgos apstākļos, ir jākoriģē vismaz divi mainīgie parametri. Šajā gadījumā ir iespējams vienlaikus noteikt divas kompleksās pretestības sastāvdaļas (piemēram, L un R vai L un Q, C un tgφ utt.).

Dažādi četru sviru maiņstrāvas tilti ir rezonanses tilti... Papildus četrsvirām tiek izmantotas sarežģītākas tiltu shēmas - dubultie tilti uz līdzstrāvas (3. att.) un vairāku sviru (sešu vai septiņu roku) - uz maiņstrāvas. strāva (piemēram, 4. att.) . Šo ķēžu līdzsvara nosacījumi, protams, atšķiras no iepriekš norādītajiem.

Rīsi. 3.

Rīsi. 4.

Tiltus var izmantot gan līdzsvarotā, gan nebalansētā režīmā. Pēdējā gadījumā mērījumu rezultātu nosaka, neregulējot pretestības, tieši no strāvas vai sprieguma pie tilta ķēdes izejas, kas ir izmērītās pretestības un barošanas sprieguma funkcijas (pēdējam jābūt stabilam). Izvades ierīce tiek kalibrēta tieši izmērītajā vērtībā.

Maiņstrāvas tilta mērījumus var izmantot vēl divos režīmos: kvazibalansētā un puslīdzsvarotā. Pēdējais ir raksturīgs ar to, ka parastā četru roku ķēde (2. att.) tiek regulēta, izmantojot tikai vienu mainīgu parametru, līdz tiek iegūts minimālais izejas spriegums (pilns līdzsvars, t.i., Ucd= 0, kas prasa divu parametru iestatīšanu, šajā gadījumā tas nav sasniedzams).

Minimālā sprieguma Ucd ​​sasniegšanas brīdi var noteikt tieši no vienkārša rādītāja ķēdes izejā vai precīzāk — netieši — pamatojoties, piemēram, uz momentā notiekošajām tilta ķēdes sprieguma vektoru fāzu attiecībām. no puslīdzsvara.

Otrajā gadījumā eksperimentālās un indikācijas iekārtas ir līdzīgas tām, kas tiek izmantotas kvazibalansētā režīmā. Mērītās pretestības sastāvdaļas nosaka: vienu — no mainīgā parametra vērtības puslīdzsvara brīdī, otru — no tilta izejas sprieguma. Barošanas spriegumam jābūt stabilizētam.

Mērīšanas tiltu balansēšanu var veikt gan tieši cilvēks (tilti ar manuālu vadību), gan ar automātiskās ierīces palīdzību (automātiskie mērīšanas tilti).

Tilta mērījumus izmanto gan pretestības vērtību mērīšanai, gan šo vērtību novirzes no noteiktās nominālvērtības noteikšanai. Tās ir vienas no visizplatītākajām un modernākajām mērīšanas metodēm. Sērijveidā ražotajiem tiltiem ir precizitātes klases no 0,02 līdz 5 līdzstrāvai un no 0,1 līdz 5 maiņstrāvai.