AC измервателни мостове и тяхното използване

В AC вериги мостовите вериги се използват за измервателни цели. Тези схеми дават възможност да се определят стойностите на кондензаторите и индуктивностите, тангенсите на ъгъла на диелектрични загуби на кондензаторите, както и взаимните индуктивности на бобините.

Измервателните AC мостове са напълно разнообразни схеми, те ще бъдат разгледани по -долу. Най-популярни са балансираните мостове с четири рамена, при които процесите на измерване на индуктивности, капацитети и тангенси на диелектрични загуби могат да бъдат придружени от компенсиране на паразитни параметри.

Две групи AC измервателни мостови вериги са особено изразителни: трансформаторни мостове (с индуктивно свързани рамена) и капацитивни мостове. Капацитивните мостове са вериги с четири рамена, в които в рамената са инсталирани капацитивни и активни елементи. Трансформаторните мостове се характеризират с наличието на вторични намотки на трансформатора в две рамена, които служат за захранване на моста.

Що се отнася до капацитивните вериги, те могат да включват както постоянен капацитет и променливи (активни) резистори, така и постоянни (активни) резистори и променливи капацитети. Мост с постоянен капацитет е по -лесен за изграждане, тъй като не се нуждае от променливи кондензатори, специално класифицирани, вместо това има достатъчно запаси от резистори (активни съпротивления).

Благодарение на променливите резистори, мостовата верига може да бъде балансирана по отношение на компонентите на реактивното и активното напрежение. Един променлив резистор се калибрира според стойностите на капацитета, другият — по стойностите на тангента на диелектричните загуби. В резултат се получава еквивалентна последователна схема на изследвания кондензатор. Следното равенство ще отразява това равновесно състояние на моста, а приравняването на въображаемата и реалната част ще даде само стойностите на търсените величини:

Но в действителност паразитните параметри винаги се проявяват и дават грешки вече на звукови честоти. Паразитни индуктивности, капацитети, проводимост са източници на тези грешки, точността на измерване на ъгъла на диелектричните загуби е застрашена. Мерки за намаляване на влиянието на тези фактори са неиндуктивната и капацитивна намотка на първия резистор. Но всъщност е просто необходимо правилно да се компенсират тези влияния.

Така че, за да се компенсира паразитната индуктивност, тримерният кондензатор е свързан паралелно с втория резистор. В допълнение, паразитните капацитети и паразитните съпротивления възникват от наличието на изолационни части и трансформатора, така че е необходимо самият трансформатор да бъде двойно екраниран. За да се намали ефектът от капацитета и проводимостта на частите, те са изработени от висококачествени диелектрици, като флуоропласт. Генератор на аудио честота е подходящ като източник на захранване.

Постоянните съпротивления, използвани в мостовете, осигуряват предимство: не е необходимо да се калибрира променлив резистор. В раменете има само постоянно съпротивление, постоянен кондензатор и променливи кондензатори. Измерванията на техните възможности са възможни директно. Изследваният капацитет е просто свързан към клемите, след което мостът се балансира чрез регулиране на променливите кондензатори.Изчисленията се извършват съгласно формулите, от които може да се види, че скалата за допирателната се получава директно от шаклата с променлив капацитет, тъй като съпротивлението и честотата са непроменени:

Измервателните мостове с индуктивно съединени рамена (трансформаторни мостове) превъзхождат капацитивните мостове в редица аспекти: по -висока чувствителност по допирателна и капацитет, слабо влияние на паразитни проводимости, свързани, така или иначе, успоредно на рамената.

Многосекционните трансформатори могат значително да разширят работния обхват (измервателната скала) на моста. Има няколко типични конструкции на трансформаторни мостове, но най -популярният е двойният трансформаторен мост:

Веригата се регулира изцяло чрез изброяване на броя на завъртанията; не се нуждае от променливи кондензатори или променливи резистори. По този начин е възможно да се създадат измервателни уреди с голям диапазон на многосекционни трансформатори и са необходими минимум примерни елементи.

Тук веригите са галванично изолирани, тоест е очевидно, че смущенията поради паразитни връзки са минимални, следователно свързващите проводници могат да бъдат относително дълги. Следните уравнения са валидни, когато мостът е в равновесие:

Както знаете, когато става въпрос за измерване на капацитетите на кондензаторите, активните загуби под формата на тангента на диелектричните загуби излизат на преден план. Така че, според този параметър, кондензаторите са разделени на три групи (и еквивалентните схеми съответно на тази честота се различават):

Следните съотношения отразяват импеданса на кондензатор във верига на променлив ток и неговата допирателна в последователни и паралелни еквивалентни вериги:

Измерването на капацитета на кондензатор, който няма загуби, се извършва съгласно следната схема, при която две активни рамена определят границите на измерване чрез съотношението на техните стойности, а примерният капацитет е променлив. Тук в процеса на измерване се избират съотношенията на резисторите, променя се стойността на примерния капацитет. Мостовото равновесно изражение е:

Измерването на капацитета с ниски загуби се извършва съгласно последователната схема за подмяна на кондензатора, като същевременно се балансира мостът чрез промяна на капацитета и активното съпротивление, достигайки минималното отчитане на скалата на нулевия индикатор. Условието за равенство дава следните изрази:

Кондензаторите със значителни диелектрични загуби изискват в еквивалентната верига съпротивлението да бъде свързано паралелно с пробата, съгласно горната схема. Формулата за допирателната ще изглежда така:

Така че, използвайки мостове, е възможно да се измерват капацитетите на реални кондензатори с номинални стойности от единици pF до десетки микрофарада и с висока степен на точност (от 1 до 3 порядъка).

Чрез измерване на индуктивността, използвайки описания по -горе подход, е възможно да се сравнят с капацитети, а не непременно с индуктивности, тъй като създаването на точна променлива индуктивност не е лесна задача. Така че те използват еквивалентни схеми с примерен капацитет вместо индуктори. Условието на равновесие ви позволява да намерите съпротивление и индуктивност, резултатът се записва в следната форма:

Освен това можете да намерите Q фактора:

Разбира се, капацитетът от завой до завой ще даде малки изкривявания, но те често се оказват незначителни.