Brug metingen

Brugcircuit - een schema voor het verbinden van de elementen van een elektrisch circuit (weerstanden, gelijkrichterdiodes, enz.), gekenmerkt door de aanwezigheid van een brugtak tussen twee punten van het circuit die niet rechtstreeks zijn verbonden met de bron van elektrische energie. Het brugcircuit is gebaseerd op het Wheatstone Bridge-circuit (Fig. 1).

Het werkingsprincipe van het brugcircuit is gebaseerd op het feit dat wanneer de verhouding van impedanties in de armen van de brug gelijk is aan За / Зб = ЗНС/Зд er geen stroom is in de diagonaal van de brug (in het indicatorapparaat ). Door de gevoeligheid van de nulindicator te vergroten, is het mogelijk om zeer nauwkeurige gelijkheid van impedantieverhoudingen in het brugcircuit te bereiken. Brugmetingen zijn gebaseerd op dit principe.

Rijst. 1. Brugdiagram (brugdiagram van Wheatstone)

Voedingen voor brugcircuits kunnen DC- of AC-bronnen zijn. Brugbalancering is volledig onafhankelijk van schommelingen in de voedingsspanning.

Brugmetingen — Methoden voor het meten van de parameters van elektrische circuits van gelijkstroom (DC-weerstand, stroom) en van wisselstroom (actieve weerstand, capaciteit, inductantie, wederzijdse inductantie, frequentie, hoek van verlies, kwaliteitsfactor, enz.) door middel van brug kettingen. Brugmetingen worden ook veel gebruikt voor elektrische metingen van niet-elektrische grootheden met behulp van sensoren - tussenliggende converters van de gemeten grootheid naar een functioneel gerelateerde parameter van het elektrische circuit.

Brugmetingen worden uitgevoerd met behulp van meetbruggen (bruginstallaties) die behoren tot de categorie vergelijkingstoestellen. Over het algemeen zijn ze gebaseerd op het gebruik van een bepaald elektrisch circuit bestaande uit meerdere bekende en één onbekende (gemeten) weerstand, gevoed door een enkele bron en uitgerust met een indicatorapparaat.

Door de bekende weerstanden te wijzigen, wordt deze schakeling aangepast totdat een bepaalde, door de wijzer aangegeven, spanningsverdeling in afzonderlijke secties van de schakeling is bereikt. Het is duidelijk dat een gegeven verhouding van spanningen ook overeenkomt met een bepaalde verhouding van circuitweerstanden, waarmee het mogelijk is om de onbekende weerstand te berekenen als de andere weerstanden bekend zijn.

Historisch gezien werd de eerste, eenvoudigste en meest voorkomende versie van brugmetingen gerealiseerd door middel van een gebalanceerde brug met vier armen, wat een ringcircuit is van 4 weerstanden ("arm" bruggen), waarin de voeding en de wijzer zijn aangesloten diagonaal naar tegenoverliggende hoekpunten, in de vorm van «bruggen» (fig. 2).

Rijst. 2.

Als aan de voorwaarde R1R3 = R2R4 is voldaan (respectievelijk Z1Z3 = Z2Z4 bij wisselstroom), is de spanning aan de uitgang van het brugcircuit (ongeacht de voedingsspanning) nul (Ucd = 0), dat wil zeggen, de brug is " gebalanceerd «, wat wordt aangegeven door een nulwijzer.

De stabiele toestand van de DC-brug die overeenkomt met de voorwaarde R1R3 = R2R4 kan worden bereikt door slechts één variabele parameter aan te passen en laat ook toe dat slechts één onbekende weerstand wordt bepaald.

Om de complexe wisselstroomevenwichtstoestand Z1Z3 = Z2Z4 te bereiken, die ontleedt wanneer de complexe waarden van de weerstanden Z = R + jx worden vervangen door twee onafhankelijke voorwaarden, moeten ten minste twee variabele parameters worden aangepast. In dit geval is het mogelijk om tegelijkertijd twee componenten van de complexe weerstand te bepalen (bijvoorbeeld L en R of L en Q, C en tgφ, enz.).

Een verscheidenheid aan AC-bruggen met vier armen zijn resonerende bruggen... Naast vierarmige brugschema's worden complexere brugschema's gebruikt - dubbele bruggen op gelijkstroom (Fig. 3) en meerdere armen (zes of zeven armen) - op alternerende stroom (bijvoorbeeld afb. 4) . De evenwichtsvoorwaarden voor deze circuits verschillen natuurlijk van de hierboven gegeven.

Rijst. 3.

Rijst. 4.

Bruggen kunnen zowel in gebalanceerde als in ongebalanceerde modus worden gebruikt. In het laatste geval wordt het meetresultaat bepaald zonder aanpassing van de weerstanden, rechtstreeks uit de stroom of spanning aan de uitgang van de brugschakeling, die functies zijn van de gemeten weerstand en de voedingsspanning (deze laatste moet stabiel zijn). Het uitvoerapparaat wordt direct in de gemeten waarde gekalibreerd.

AC-brugmetingen kunnen in nog twee modi worden gebruikt: quasi-gebalanceerd en half-gebalanceerd. Dit laatste wordt gekenmerkt door het feit dat het conventionele vierarmige circuit (Fig. 2) wordt aangepast met behulp van slechts één variabele parameter totdat de minimale uitgangsspanning is verkregen (volledig evenwicht, d.w.z. Ucd= 0, waarvoor de instelling van twee parameters vereist is, in dit geval is het onbereikbaar).

Het moment van het bereiken van de minimale spanning Ucd kan direct bepaald worden uit een simpele pointer aan de uitgang van de schakeling, of preciezer — indirect — op basis van bijvoorbeeld de faserelaties van de spanningsvectoren van de brugschakeling die op dat moment optreden van half-evenwicht.

In het tweede geval zijn de experimentele en aanwijzende apparatuur vergelijkbaar met die gebruikt in de quasi-gebalanceerde modus. De componenten van de gemeten weerstand worden bepaald: één - van de waarde van de variabele parameter op het moment van half-evenwicht, de andere - van de uitgangsspanning van de brug. De voedingsspanning moet gestabiliseerd zijn.

Het balanceren van meetbruggen kan zowel direct door een persoon worden gedaan (bruggen met handmatige geleiding) als met behulp van een automatisch apparaat (automatische meetbruggen).

Brugmetingen worden zowel gebruikt om weerstandswaarden te meten als om de afwijkingen van deze waarden van een gegeven nominale waarde te bepalen. Ze behoren tot de meest voorkomende en geavanceerde meetmethoden. In serie geproduceerde bruggen hebben nauwkeurigheidsklassen van 0,02 tot 5 voor gelijkstroom en van 0,1 tot 5 voor wisselstroom.