AC-mittaussillat ja niiden käyttö

Vaihtovirtapiireissä mittaustarkoituksiin käytetään siltapiirejä. Nämä kaaviot antavat mahdollisuuden määrittää kondensaattorien ja induktanssien arvot, kondensaattorien dielektristen häviöiden kulman tangentit sekä kelojen keskinäiset induktanssit.

AC-sillat ovat täysin erilaisia, niitä käsitellään alla. Suosituimmat ovat balansoidut neljävartiset sillat, joissa induktanssien, kapasitanssien ja dielektristen häviötangenttien mittausprosesseihin voidaan liittää loisparametrien kompensointi.

Kaksi AC-mittaussiltapiirien ryhmää ovat erityisen ilmeikkäitä: muuntajasillat (induktiivisesti kytketyt varret) ja kapasitiiviset sillat. Kapasitiiviset sillat ovat nelivartisia piirejä, joissa kapasitiiviset ja aktiiviset elementit on asennettu varsiin. Muuntajasilloille on tunnusomaista muuntajan toisiokäämien läsnäolo kahdessa haarassa, jotka toimivat sillan virtalähteenä.

Mitä tulee kapasitiivisiin piireihin, ne voivat sisältää sekä vakiokapasitanssin että muuttuvat (aktiiviset) vastukset sekä vakiovastukset (aktiiviset) ja muuttuvat kapasitanssit. Vakiokapasitanssin silta on helpompi rakentaa, koska se ei tarvitse erityismitoitettuja muuttuvia kondensaattoreita, vaan vastuksia (aktiivisia vastuksia) on riittävästi.

Säädettävien vastusten ansiosta siltapiiri voidaan tasapainottaa reaktiivisten ja aktiivisten jännitekomponenttien suhteen. Toinen säädettävä vastus on kalibroitu kapasitanssiarvojen mukaan, toinen dielektrisen häviön tangentin arvojen mukaan. Tuloksena saadaan tutkitun kondensaattorin vastaava sarjapiiri. Seuraava yhtälö heijastaa tätä sillan tasapainotilaa, ja kuvitteellisen ja reaalisen osan rinnastaminen antaa vain haettujen suureiden arvot:

Mutta todellisuudessa loisparametrit ilmestyvät aina ja antavat virheitä jo äänitaajuuksilla. Parasiittiset induktanssit, kapasitanssit, konduktanssit ovat näiden virheiden lähteitä, dielektrisen häviökulman mittauksen tarkkuus on uhattuna. Toimenpiteet näiden tekijöiden vaikutuksen vähentämiseksi ovat ensimmäisen vastuksen ei-induktiivinen ja kapasitiivinen käämi. Mutta itse asiassa on yksinkertaisesti välttämätöntä kompensoida asianmukaisesti nämä vaikutukset.

Joten parasiittisen induktanssin kompensoimiseksi trimerikondensaattori on kytketty rinnan toisen vastuksen kanssa. Lisäksi loiskapasitanssit ja loisresistanssit syntyvät eristysosien ja muuntajan läsnäolosta, joten itse muuntaja on kaksinkertainen suojaus.Osien kapasitanssin ja johtavuuden vaikutuksen vähentämiseksi ne on valmistettu korkealaatuisista eristeistä, kuten fluoroplastista. Äänitaajuusgeneraattori sopii virtalähteeksi.

Siltoissa käytetyt vakiovastukset antavat etua: säädettävää vastusta ei tarvitse kalibroida. Käsivarsissa on vain vakiovastus, vakiokondensaattori ja säädettävät kondensaattorit. Niiden kykyjen mittaaminen on mahdollista suoraan. Tutkittava kapasitanssi kytketään yksinkertaisesti liittimiin, minkä jälkeen silta tasapainotetaan säätämällä säädettäviä kondensaattoreita Laskelmat suoritetaan kaavojen mukaan, joista voidaan nähdä, että tangentin asteikko saadaan suoraan kaavasta muuttuvalla kapasitanssilla, koska vastus ja taajuus eivät muutu:

Mittaussillat, joissa on induktiivisesti kytketyt varret (muuntajasillat), ovat kapasitiivisia siltoja parempia useissa asioissa: suurempi herkkyys tangentin ja kapasitanssin suhteen, vähäinen loisten johtajuuksien vaikutus, joka on kytketty joka tapauksessa rinnan varsien kanssa.

Moniosaiset muuntajat voivat laajentaa huomattavasti sillan toiminta-aluetta (mittausasteikkoa). Tyypillisiä muuntajan siltamalleja on useita, mutta suosituin on kaksoismuuntajasilta:

Ketjua säädellään täysin laskemalla kierrosten lukumäärä; se ei tarvitse muuttuvia kondensaattoreita tai säädettäviä vastuksia. Tällä tavalla on mahdollista luoda mittareita, joissa on laaja valikoima moniosaisia ​​muuntajia, ja näyteelementtejä tarvitaan vähintään.

Tässä piirit ovat galvaanisesti eristettyjä, eli on selvää, että loisliitäntöjen aiheuttamat häiriöt ovat minimaalisia, joten liitäntäjohdot voivat olla suhteellisen pitkiä. Seuraavat yhtälöt ovat voimassa sillan ollessa tasapainossa:

Kuten tiedät, kondensaattoreiden kapasitanssien mittaamisessa näkyvät aktiiviset häviöt dielektrisen häviön tangentin muodossa. Joten tämän parametrin mukaan kondensaattorit jaetaan kolmeen ryhmään (ja vastaavat piirit tällä taajuudella eroavat):

Seuraavat suhteet heijastavat kondensaattorin impedanssia vaihtovirtapiirissä ja sen tangenttia sarja- ja rinnakkaispiireissä:

Häviöttömän kondensaattorin kapasitanssin mittaus suoritetaan seuraavan kaavion mukaisesti, jossa kaksi aktiivista haaraa määrittävät mittausrajat arvojensa suhteen ja näytekapasitanssi on muuttuva. Tässä mittausprosessissa valitaan vastusten suhteet, näytteen kapasitanssin arvoa muutetaan. Siltatasapainolauseke on:

Pienihäviöinen kapasitanssimittaus suoritetaan kondensaattorin vaihtojärjestyskaavion mukaisesti, samalla kun silta tasapainotetaan muuttamalla kapasitanssia ja aktiivista vastusta, saavuttaen nolla-indikaattorin asteikon vähimmäislukeman. Tasa-arvoehto antaa seuraavat lausekkeet:

Kondensaattorit, joissa on merkittäviä dielektrisiä häviöitä, vaativat vastaavassa piirissä resistanssin kytkemisen rinnan näytteen kanssa yllä olevan kaavion mukaisesti. Tangentin kaava näyttää tältä:

Joten siltojen avulla on mahdollista mitata todellisten kondensaattoreiden kapasitanssit nimellisarvoilla pF-yksiköistä kymmeniin mikrofaradeihin ja suurella tarkkuudella (1 - 3 suuruusluokkaa).

Mittaamalla induktanssi edellä kuvatulla lähestymistavalla on mahdollista verrata kapasitanssiin, ei välttämättä induktansseihin, koska tarkan muuttuvan induktanssin luominen ei ole helppoa. Joten he käyttävät näytekapasitanssia vastaavia piirejä kelojen sijasta. Tasapainotilan avulla voit löytää resistanssin ja induktanssin, tulos kirjoitetaan seuraavassa muodossa:

Löydät myös Q-tekijän:

Tietysti käännös-kierre-kapasitanssi antaa pieniä vääristymiä, mutta ne osoittautuvat usein merkityksettömiksi.