Мерни мостови наизменичне струје и њихова употреба

У колима наизменичне струје, мостовна кола се користе за потребе мерења. Ове шеме омогућавају одређивање вредности кондензатора и индуктивности, тангенте угла диелектричних губитака кондензатора, као и међусобне индуктивности калемова.

Мерни АЦ мостови су потпуно различите шеме, о њима ће бити речи у наставку. Најпопуларнији су балансирани мостови са четири крака, где процеси мерења индуктивности, капацитивности и тангента диелектричних губитака могу бити праћени компензацијом паразитних параметара.

Две групе мерних мостова наизменичне струје су посебно изражајне: трансформаторски мостови (са индуктивно спрегнутим краковима) и капацитивни мостови. Капацитивни мостови су кола са четири крака у којима су капацитивни и активни елементи уграђени у кракове. Трансформаторске мостове карактерише присуство секундарних намотаја трансформатора у два крака који служе за напајање моста.

Што се тиче капацитивних кола, они могу укључивати и константан капацитет и променљиве (активне) отпорнике, и константне (активне) отпорнике и променљиве капацитете. Мост константне капацитивности је лакше изградити јер му нису потребни променљиви кондензатори посебно оцењени, уместо тога постоји довољна количина отпорника (активни отпори).

Захваљујући варијабилним отпорницима, коло моста се може избалансирати у односу на компоненте реактивног и активног напона. Један варијабилни отпорник је калибрисан према вредностима капацитивности, а други према вредностима тангенте диелектричних губитака. Као резултат, добија се еквивалентно серијско коло проучаваног кондензатора. Следећа једнакост ће одражавати ово равнотежно стање моста, а изједначавање имагинарног и реалног дела даће само вредности тражених величина:

Али у стварности, паразитски параметри се увек појављују и дају грешке већ на аудио фреквенцијама. Паразитске индуктивности, капацитивности, проводљивости су извори ових грешака, а тачност мерења угла диелектричног губитка је угрожена. Мере за смањење утицаја ових фактора су неиндуктивни и капацитивни намотај првог отпорника. Али у ствари је једноставно неопходно правилно надокнадити ове утицаје.

Дакле, да би се компензовала паразитска индуктивност, тример кондензатор је повезан паралелно са другим отпорником. Поред тога, паразитски капацитети и паразитски отпори произилазе из присуства изолационих делова и трансформатора, па је потребно двоструко изоловати сам трансформатор.Да би се смањио ефекат капацитивности и проводљивости делова, они су направљени од висококвалитетних диелектрика, као што је флуоропластика. Генератор аудио фреквенције је погодан као извор напајања.

Константни отпори који се користе у мостовима пружају предност: нема потребе за калибрацијом променљивог отпорника. У рукама постоји само константни отпор, константни кондензатор и променљиви кондензатори. Мерења њихових могућности су могућа директно. Капацитет који се проучава се једноставно повезује са стезаљкама, након чега се мост балансира подешавањем променљивих кондензатора.Прорачуни се врше према формулама из којих се види да се скала за тангенту добија директно из формуле са променљивом капацитивношћу, пошто су отпор и фреквенција непромењени:

Мерни мостови са индуктивно повезаним краковима (трансформаторски мостови) су супериорнији од капацитивних мостова у низу аспеката: већа осетљивост у смислу тангенте и капацитивности, мали утицај паразитских проводника повезаних, у сваком случају, паралелно са краковима.

Трансформатори са више пресека могу у великој мери проширити радни опсег (мерну скалу) моста. Постоји неколико типичних дизајна трансформаторских мостова, али најпопуларнији је двоструки трансформаторски мост:

Ланац је у потпуности регулисан набрајањем броја окрета; не требају променљиви кондензатори или променљиви отпорници. На овај начин могуће је креирати бројила са великим избором вишесекционих трансформатора, а потребан је минимум елемената узорка.

Овде су кола галвански изолована, односно очигледно је да су сметње услед паразитских веза минималне, па спојне жице могу бити релативно дугачке. Следеће једначине важе када је мост у равнотежи:

Као што знате, када је у питању мерење капацитивности кондензатора, активни губици у виду тангенте диелектричног губитка долазе до изражаја. Дакле, према овом параметру, кондензатори су подељени у три групе (и еквивалентна кола, респективно, на овој фреквенцији се разликују):

Следећи односи одражавају импедансу кондензатора у колу наизменичне струје и његову тангенту у серијским и паралелним еквивалентним колима:

Мерење капацитивности кондензатора без губитака врши се према следећој шеми, где два активна крака одређују границе мерења односом својих вредности, а капацитивност узорка је променљива. Овде, у процесу мерења, бирају се односи отпорника, мења се вредност капацитивности узорка. Израз равнотеже моста је:

Мерење капацитивности са малим губицима се врши према шеми секвенце замене кондензатора, док се мост балансира променом капацитивности и активног отпора, достижући минимално очитавање скале индикатора нуле. Услов једнакости даје следеће изразе:

Кондензатори са значајним диелектричним губицима захтевају у еквивалентном колу да се отпор повеже паралелно са узорком, према горњој шеми. Формула за тангенту ће изгледати овако:

Дакле, користећи мостове, могуће је мерити капацитете стварних кондензатора са номиналним вредностима од јединица пФ до десетина микрофарада и са високим степеном тачности (од 1 до 3 реда величине).

Мерењем индуктивности коришћењем горе описаног приступа могуће је упоређивати са капацитетима, а не нужно са индуктивностима, пошто стварање тачне променљиве индуктивности није лак задатак. Дакле, они користе еквивалентна кола узорковане капацитивности уместо индуктора. Услов равнотеже вам омогућава да пронађете отпор и индуктивност, резултат је написан у следећем облику:

Такође можете пронаћи К фактор:

Наравно, капацитивност од скретања до завоја ће дати мала изобличења, али она се често испостављају занемарљива.