AC-mätbryggor och deras användning

I AC-kretsar används bryggkretsar för mätändamål. Dessa scheman gör det möjligt att bestämma värdena på kondensatorer och induktanser, tangenter för vinkeln för kondensatorernas dielektriska förluster, såväl som spolarnas ömsesidiga induktanser.

Att mäta AC-bryggor är helt olika scheman, de kommer att diskuteras nedan. De mest populära är balanserade broar med fyra armar, där processerna för att mäta induktanser, kapacitanser och dielektriska förlusttangenter kan åtföljas av kompensation av parasitparametrar.

Två grupper av AC-mätbryggkretsar är särskilt uttrycksfulla: transformatorbryggor (med induktivt kopplade armar) och kapacitiva bryggor. Kapacitiva bryggor är kretsar med fyra armar där kapacitiva och aktiva element är installerade i armarna. Transformatorbroar kännetecknas av närvaron av transformatorns sekundära lindningar i två armar som tjänar till att driva bron.

När det gäller kapacitiva kretsar kan de inkludera både konstant kapacitans och variabla (aktiva) motstånd, och konstanta (aktiva) motstånd och variabla kapacitanser. En brygga med konstant kapacitans är lättare att bygga då den inte behöver variabla kondensatorer speciellt klassade, istället finns det tillräckligt med motstånd (aktiva resistanser).

Tack vare de variabla motstånden kan bryggkretsen balanseras med avseende på de reaktiva och aktiva spänningskomponenterna. Ett variabelt motstånd är kalibrerat enligt kapacitansvärden, det andra enligt tangentvärden för dielektriska förluster. Som ett resultat erhålls en ekvivalent seriekrets för den studerade kondensatorn. Följande likhet kommer att återspegla detta jämviktstillstånd för bron, och att likställa de imaginära och verkliga delarna kommer endast att ge värdena för de sökta kvantiteterna:

Men i verkligheten dyker alltid parasitparametrar upp och ger fel redan vid ljudfrekvenser. Parasitiska induktanser, kapacitanser, konduktanser är källor till dessa fel, noggrannheten för mätning av dielektrisk förlustvinkel är hotad. Åtgärder för att minska inverkan av dessa faktorer är den icke-induktiva och kapacitiva lindningen av det första motståndet. Men i själva verket är det helt enkelt nödvändigt att korrekt kompensera för dessa influenser.

Så för att kompensera för den parasitära induktansen är trimerkondensatorn ansluten parallellt med det andra motståndet. Dessutom uppstår parasitiska kapacitanser och parasitiska motstånd från närvaron av isolerande delar och transformatorn, så det är nödvändigt att dubbelskärma själva transformatorn.För att minska effekten av kapacitans och konduktivitet hos delarna är de gjorda av högkvalitativa dielektrika, såsom fluorplast. En ljudfrekvensgenerator är lämplig som strömkälla.

De konstanta motstånden som används i bryggor ger en fördel: det finns inget behov av att kalibrera ett variabelt motstånd. I armarna finns bara ett konstant motstånd, en konstant kondensator och variabla kondensatorer. Mätningar av deras kapacitet är möjliga direkt. Kapacitansen som studeras kopplas helt enkelt till terminalerna, varefter bryggan balanseras genom att justera de variabla kondensatorerna.Beräkningarna utförs enligt formlerna från vilka det kan ses att skalan för tangenten erhålls direkt från formeln med variabel kapacitans, eftersom motståndet och frekvensen är oförändrade:

Mätbryggor med induktivt anslutna armar (transformatorbryggor) är överlägsna kapacitiva bryggor i ett antal aspekter: högre känslighet vad gäller tangent och kapacitans, låg påverkan av parasitiska konduktanser kopplade, i alla fall, parallellt med armarna.

Transformatorer med flera sektioner kan kraftigt utöka bryggans driftsområde (mätskala). Det finns flera typiska transformatorbrodesigner, men den mest populära är den dubbla transformatorbryggan:

Kedjan är helt reglerad genom att räkna upp antalet varv; den behöver inte variabla kondensatorer eller variabla motstånd. På detta sätt är det möjligt att skapa mätare med ett stort utbud av flersektionstransformatorer, och ett minimum av provelement krävs.

Här är kretsarna galvaniskt isolerade, det vill säga det är uppenbart att interferens på grund av parasitiska anslutningar är minimal, därför kan anslutningstrådarna vara relativt långa. Följande ekvationer är giltiga när bron är i jämvikt:

Som ni vet, när det gäller att mäta kondensatorernas kapacitanser kommer aktiva förluster i form av den dielektriska förlusttangenten i förgrunden. Så enligt denna parameter är kondensatorer uppdelade i tre grupper (och motsvarande kretsar vid denna frekvens skiljer sig åt):

Följande förhållanden återspeglar impedansen hos en kondensator i en AC-krets och dess tangent i serie- och parallella ekvivalenta kretsar:

Mätningen av kapacitansen för en förlustfri kondensator utförs enligt följande schema, där två aktiva armar bestämmer mätgränserna genom förhållandet mellan deras värden, och provkapacitansen är variabel. Här, i mätprocessen, väljs förhållandena mellan motstånden, värdet på provkapacitansen ändras. Uttrycket för brojämvikt är:

Kapacitansmätning med låg förlust utförs enligt sekvensschemat för kondensatorbyte, samtidigt som man balanserar bryggan genom att ändra kapacitansen och det aktiva motståndet, och når minimiavläsningen av nollindikatorskalan. Likhetsvillkoret ger följande uttryck:

Kondensatorer med betydande dielektriska förluster kräver i den ekvivalenta kretsen motståndet som ska anslutas parallellt med provet, enligt ovanstående schema. Formeln för tangenten kommer att se ut så här:

Så med hjälp av broar är det möjligt att mäta kapacitanserna för verkliga kondensatorer med nominella värden från enheter av pF till tiotals mikrofarader och med en hög grad av noggrannhet (från 1 till 3 storleksordningar).

Genom att mäta induktans med det tillvägagångssätt som beskrivs ovan är det möjligt att jämföra med kapacitanser och inte nödvändigtvis med induktanser, eftersom att skapa en exakt variabel induktans inte är en lätt uppgift. Så de använder provkapacitans ekvivalenta kretsar istället för induktorer. Jämviktstillståndet låter dig hitta motstånd och induktans, resultatet skrivs i följande form:

Du kan också hitta Q-faktorn:

Naturligtvis kommer sväng-till-sväng-kapacitansen att ge små förvrängningar, men dessa visar sig ofta vara försumbara.