AC-meetbruggen en hun gebruik

In AC-circuits worden brugcircuits gebruikt voor meetdoeleinden. Deze schema's maken het mogelijk om de waarden van condensatoren en inductanties, raaklijnen van de hoek van diëlektrische verliezen van de condensatoren, evenals de onderlinge inductanties van de spoelen te bepalen.

Het meten van AC-bruggen zijn totaal verschillende schema's, ze zullen hieronder worden besproken. De meest populaire zijn gebalanceerde bruggen met vier armen, waar de processen van het meten van inductanties, capaciteiten en diëlektrische verliesraaklijnen gepaard kunnen gaan met compensatie van parasitaire parameters.

Twee groepen AC-meetbrugcircuits zijn bijzonder expressief: transformatorbruggen (met inductief gekoppelde armen) en capacitieve bruggen. Capacitieve bruggen zijn circuits met vier armen waarin capacitieve en actieve elementen in de armen zijn geïnstalleerd. Transformatorbruggen worden gekenmerkt door de aanwezigheid van secundaire transformatorwikkelingen in twee armen die dienen om de brug van stroom te voorzien.

Wat betreft capacitieve circuits, ze kunnen zowel constante capaciteit als variabele (actieve) weerstanden bevatten, en constante (actieve) weerstanden en variabele capaciteiten. Een brug met constante capaciteit is gemakkelijker te bouwen omdat er geen variabele condensatoren met een speciale classificatie nodig zijn, maar er is voldoende weerstand (actieve weerstanden).

Dankzij de variabele weerstanden kan het brugcircuit worden gebalanceerd met betrekking tot de reactieve en actieve spanningscomponenten. Eén variabele weerstand is gekalibreerd volgens capaciteitswaarden, de andere volgens diëlektrische verliestangenswaarden. Als resultaat wordt een equivalente serieschakeling van de bestudeerde condensator verkregen. De volgende gelijkheid weerspiegelt deze evenwichtstoestand van de brug, en het gelijkstellen van de denkbeeldige en reële delen geeft alleen de waarden van de gezochte grootheden:

Maar in werkelijkheid verschijnen parasitaire parameters altijd en geven ze al fouten bij audiofrequenties. Parasitaire inductanties, capaciteiten, conductanties zijn bronnen van deze fouten, de nauwkeurigheid van diëlektrische verlieshoekmeting wordt bedreigd. Maatregelen om de invloed van deze factoren te verminderen zijn de niet-inductieve en capacitieve wikkeling van de eerste weerstand. Maar in feite is het gewoon nodig om deze invloeden goed te compenseren.

Dus om de parasitaire inductantie te compenseren, is de trimeercondensator parallel geschakeld met de tweede weerstand. Daarnaast ontstaan ​​parasitaire capaciteiten en parasitaire weerstanden door de aanwezigheid van isolerende onderdelen en de transformator, waardoor het noodzakelijk is om de transformator zelf dubbel af te schermen.Om het effect van capaciteit en geleidbaarheid van de onderdelen te verminderen, zijn ze gemaakt van hoogwaardige diëlektrica, zoals fluorkunststof. Een audiofrequentiegenerator is geschikt als stroombron.

De constante weerstanden die in bruggen worden gebruikt, bieden een voordeel: het is niet nodig om een ​​variabele weerstand te kalibreren. In de armen is er alleen een constante weerstand, een constante condensator en variabele condensatoren. Metingen van hun capaciteiten zijn direct mogelijk. De bestudeerde capaciteit wordt eenvoudigweg aangesloten op de klemmen, waarna de brug wordt gebalanceerd door de variabele condensatoren aan te passen.De berekeningen worden uitgevoerd volgens de formules waaruit blijkt dat de schaal voor de raaklijn rechtstreeks uit de formule wordt verkregen met variabele capaciteit, aangezien de weerstand en de frequentie ongewijzigd zijn:

Meetbruggen met inductief verbonden armen (transformatorbruggen) zijn in een aantal opzichten superieur aan capacitieve bruggen: hogere gevoeligheid qua tangens en capaciteit, geringe invloed van parasitaire conductanties die in ieder geval parallel aan de armen zijn aangesloten.

Meerdelige transformatoren kunnen het werkbereik (meetschaal) van de brug aanzienlijk vergroten. Er zijn verschillende typische transformatorbrugontwerpen, maar de meest populaire is de dubbele transformatorbrug:

De ketting wordt volledig geregeld door het aantal windingen op te tellen; het heeft geen variabele condensatoren of variabele weerstanden nodig. Op deze manier is het mogelijk om meters te maken met een groot aanbod aan meerdelige transformatoren en is er een minimum aan monsterelementen nodig.

Hier zijn de circuits galvanisch gescheiden, dat wil zeggen dat het duidelijk is dat interferentie door parasitaire verbindingen minimaal is, daarom kunnen de aansluitdraden relatief lang zijn. De volgende vergelijkingen zijn geldig wanneer de brug in evenwicht is:

Zoals u weet, komen actieve verliezen in de vorm van de diëlektrische verliestangens naar voren als het gaat om het meten van de capaciteiten van condensatoren. Dus volgens deze parameter zijn condensatoren verdeeld in drie groepen (en de equivalente circuits verschillen respectievelijk bij deze frequentie):

De volgende verhoudingen weerspiegelen de impedantie van een condensator in een AC-circuit en de raaklijn in serie en parallel equivalente circuits:

De meting van de capaciteit van een verliesloze condensator wordt uitgevoerd volgens het volgende schema, waarbij twee actieve armen de meetlimieten bepalen door de verhouding van hun waarden, en de monstercapaciteit is variabel. Hier worden tijdens het meetproces de verhoudingen van de weerstanden geselecteerd, de waarde van de monstercapaciteit wordt gewijzigd. De uitdrukking voor het brugevenwicht is:

De capaciteitsmeting met laag verlies wordt uitgevoerd volgens het schema voor het vervangen van de condensator, terwijl de brug wordt gebalanceerd door de capaciteit en actieve weerstand te veranderen, waarbij de minimale aflezing van de nulindicatorschaal wordt bereikt. De gelijkheidsvoorwaarde geeft de volgende uitdrukkingen:

Condensatoren met aanzienlijke diëlektrische verliezen vereisen in het equivalente circuit dat de weerstand parallel aan het monster wordt aangesloten, volgens het bovenstaande schema. De formule voor de raaklijn ziet er als volgt uit:

Met behulp van bruggen is het dus mogelijk om de capaciteiten van echte condensatoren te meten met nominale waarden van eenheden van pF tot tientallen microfarads en met een hoge mate van nauwkeurigheid (van 1 tot 3 ordes van grootte).

Door inductantie te meten met behulp van de hierboven beschreven benadering, is het mogelijk om te vergelijken met capaciteiten en niet noodzakelijkerwijs met inductanties, aangezien het creëren van een nauwkeurige variabele inductantie geen gemakkelijke taak is. Dus gebruiken ze sample capaciteit equivalente circuits in plaats van inductoren. Met de evenwichtsvoorwaarde kunt u weerstand en inductantie vinden, het resultaat wordt in de volgende vorm geschreven:

Je kunt ook de Q-factor vinden:

Natuurlijk zal de turn-to-turn capaciteit kleine vervormingen geven, maar die blijken vaak te verwaarlozen.