AC merilni mostovi in ​​njihova uporaba

V tokokrogih AC se za namene merjenja uporabljajo mostna vezja. Te sheme omogočajo določitev vrednosti kondenzatorjev in induktivnosti, tangente kota dielektričnih izgub kondenzatorjev, pa tudi medsebojne induktivnosti tuljav.

Merilni AC mostovi so popolnoma drugačne sheme, o njih bomo razpravljali spodaj. Najbolj priljubljeni so uravnoteženi mostovi s štirimi kraki, kjer lahko postopke merjenja induktivnosti, kapacitivnosti in tangente dielektričnih izgub spremlja kompenzacija parazitskih parametrov.

Posebno izraziti sta dve skupini AC merilnih mostičnih vezij: transformatorski mostovi (z induktivno sklopljenimi kraki) in kapacitivni mostovi. Kapacitivni mostovi so vezja s štirimi kraki, v katerih so v krakih nameščeni kapacitivni in aktivni elementi. Za transformatorske mostove je značilna prisotnost sekundarnih navitij transformatorja v dveh krakih, ki služita za napajanje mostu.

Kar zadeva kapacitivna vezja, lahko vključujejo tako konstantne kapacitivnosti in spremenljive (aktivne) upore kot konstantne (aktivne) upore in spremenljive kapacitivnosti. Most s konstantno kapacitivnostjo je lažje zgraditi, saj ne potrebuje posebej označenih spremenljivih kondenzatorjev, namesto tega je na voljo zadostna količina uporov (aktivnih uporov).

Zahvaljujoč spremenljivim uporom je mogoče mostično vezje uravnotežiti glede na jalove in aktivne komponente napetosti. En spremenljivi upor je kalibriran glede na vrednosti kapacitivnosti, drugi glede na vrednosti tangensa dielektričnih izgub. Posledično dobimo enakovredno serijsko vezje proučevanega kondenzatorja. Naslednja enakost bo odražala to ravnovesno stanje mostu, enačenje namišljenega in realnega dela pa bo dalo samo vrednosti iskanih količin:

Toda v resnici se parazitski parametri vedno pojavijo in dajejo napake že pri zvočnih frekvencah. Parazitske induktivnosti, kapacitivnosti, prevodnosti so viri teh napak, natančnost merjenja kota dielektričnih izgub je ogrožena. Ukrepi za zmanjšanje vpliva teh dejavnikov so neinduktivno in kapacitivno navitje prvega upora. Toda v resnici je preprosto potrebno ustrezno kompenzirati te vplive.

Torej, za kompenzacijo parazitske induktivnosti, je trimer kondenzator povezan vzporedno z drugim uporom. Poleg tega parazitske kapacitivnosti in parazitski upor nastanejo zaradi prisotnosti izolacijskih delov in transformatorja, zato je treba sam transformator dvojno zaščititi.Da bi zmanjšali učinek kapacitivnosti in prevodnosti delov, so izdelani iz visokokakovostnih dielektrikov, kot je fluoroplastika. Kot vir energije je primeren generator zvočne frekvence.

Konstantni upor, uporabljen v mostovih, zagotavlja prednost: ni potrebe po kalibraciji spremenljivega upora. V rokah je samo konstantni upor, konstantni kondenzator in spremenljivi kondenzatorji. Meritve njihovih zmogljivosti so možne neposredno. Kapacitivnost, ki se preučuje, je preprosto povezana s sponkami, nato pa se most uravnoteži s prilagoditvijo spremenljivih kondenzatorjev. Izračuni se izvajajo po formulah, iz katerih je razvidno, da je lestvica za tangento pridobljena neposredno iz formule s spremenljivo kapacitivnostjo, saj sta upor in frekvenca nespremenjena:

Merilni mostovi z induktivno vezanimi kraki (transformatorski mostovi) so v več pogledih boljši od kapacitivnih mostov: večja občutljivost glede tangente in kapacitivnosti, majhen vpliv parazitnih prevodnosti, ki so vseeno vzporedno vezane na krake.

Večdelčni transformatorji lahko močno razširijo območje delovanja (merilno lestvico) mostu. Obstaja več tipičnih modelov transformatorskih mostov, vendar je najbolj priljubljen dvojni transformatorski most:

Veriga se v celoti regulira s štetjem števila obratov; ne potrebuje spremenljivih kondenzatorjev ali spremenljivih uporov. Na ta način je mogoče izdelati števce z velikim obsegom večdelnih transformatorjev, zahteva pa se najmanj vzorčnih elementov.

Tukaj so vezja galvansko ločena, to pomeni, da je očitno, da so motnje zaradi parazitskih povezav minimalne, zato so lahko povezovalne žice relativno dolge. Ko je most v ravnovesju, veljajo naslednje enačbe:

Kot veste, so pri merjenju kapacitivnosti kondenzatorjev v ospredju aktivne izgube v obliki tangensa dielektričnih izgub. Torej, glede na ta parameter so kondenzatorji razdeljeni v tri skupine (in ekvivalentna vezja se pri tej frekvenci razlikujejo):

Naslednja razmerja odražajo impedanco kondenzatorja v izmeničnem tokokrogu in njegovo tangento v zaporednih in vzporednih enakovrednih tokokrogih:

Merjenje kapacitivnosti brezizgubnega kondenzatorja poteka po naslednji shemi, kjer dve aktivni roki določata meje meritev z razmerjem njunih vrednosti, vzorčna kapacitivnost pa je spremenljiva. Tukaj se v postopku merjenja izberejo razmerja uporov, spremeni se vrednost vzorčne kapacitivnosti. Izraz ravnotežja mostu je:

Merjenje kapacitivnosti z majhnimi izgubami se izvaja v skladu s shemo zaporedja zamenjave kondenzatorja, medtem ko se most uravnoteži s spreminjanjem kapacitivnosti in aktivnega upora, pri čemer se doseže najmanjši odčitek ničelne indikatorske lestvice. Pogoj enakosti daje naslednje izraze:

Kondenzatorji z velikimi dielektričnimi izgubami zahtevajo v ekvivalentnem vezju, da je upor povezan vzporedno z vzorcem, v skladu z zgornjo shemo. Formula za tangento bo videti takole:

Tako je z uporabo mostov mogoče izmeriti kapacitivnosti realnih kondenzatorjev z nominalnimi vrednostmi od enot pF do desetine mikrofaradov in z visoko stopnjo natančnosti (od 1 do 3 velikosti).

Z merjenjem induktivnosti z uporabo zgoraj opisanega pristopa je mogoče primerjati s kapacitivnostmi in ne nujno z induktivnostmi, saj ustvarjanje natančne spremenljive induktivnosti ni lahka naloga. Zato uporabljajo vzorčna kapacitivna ekvivalentna vezja namesto induktorjev. Pogoj ravnovesja vam omogoča, da najdete upor in induktivnost, rezultat je zapisan v naslednji obliki:

Najdete lahko tudi faktor Q:

Seveda bo kapacitivnost od zavoja do zavoja povzročila majhna popačenja, vendar se ta pogosto izkažejo za zanemarljiva.