Vahelduvvoolu mõõtesillad ja nende kasutamine

Vahelduvvooluahelates kasutatakse mõõtmiseks sildahelaid. Need skeemid võimaldavad määrata kondensaatorite ja induktiivsuste väärtused, kondensaatorite dielektriliste kadude nurga puutujad, samuti mähiste vastastikused induktiivsused.

Vahelduvvoolu sildade mõõtmine on täiesti erinevad skeemid, neid käsitletakse allpool. Kõige populaarsemad on nelja haruga tasakaalustatud sillad, kus induktiivsuse, mahtuvuse ja dielektriliste kadude puutujate mõõtmise protsessidega saab kaasneda parasiitparameetrite kompenseerimine.

Eriti ilmekad on kaks vahelduvvoolu mõõtesildade rühma: trafosillad (induktiivselt ühendatud harudega) ja mahtuvuslikud sillad. Mahtuvuslikud sillad on nelja haruga ahelad, mille harudesse on paigaldatud mahtuvuslikud ja aktiivsed elemendid. Trafosildu iseloomustab trafo sekundaarmähiste olemasolu kahes harus, mis teenindavad silda.

Mis puudutab mahtuvuslikke ahelaid, siis need võivad sisaldada nii konstantse mahtuvusega ja muutuvaid (aktiivseid) takisteid kui ka konstantseid (aktiivseid) takisteid ja muutuvaid mahtuvusi. Konstantse mahtuvusega silda on lihtsam ehitada, kuna see ei vaja spetsiaalselt hinnatud muutuvaid kondensaatoreid, selle asemel on piisavalt takisteid (aktiivtakistusi).

Tänu muutuvatele takistitele saab sillaahelat reaktiiv- ja aktiivpingekomponentide suhtes tasakaalustada. Üks muutuv takisti kalibreeritakse mahtuvuse väärtuste järgi, teine ​​dielektrilise kadu puutuja väärtuste järgi. Selle tulemusena saadakse uuritava kondensaatori samaväärne jadalülitus. Järgmine võrdsus peegeldab seda silla tasakaaluseisundit ning kujuteldava ja tegeliku osa võrdsustamine annab ainult otsitavate suuruste väärtused:

Kuid tegelikkuses ilmuvad alati parasiitparameetrid ja annavad vigu juba helisagedustel. Nende vigade allikaks on parasiit-induktiivsused, mahtuvused, juhtivused, ohus on dielektrilise kadunurga mõõtmise täpsus. Nende tegurite mõju vähendamise meetmed on esimese takisti mitteinduktiivne ja mahtuvuslik mähis. Kuid tegelikult on lihtsalt vaja neid mõjusid korralikult kompenseerida.

Niisiis, parasiitilise induktiivsuse kompenseerimiseks ühendatakse trimeri kondensaator paralleelselt teise takistiga. Lisaks tekivad isoleerivate osade ja trafo olemasolust parasiitmahtuvused ja parasiittakistused, mistõttu on vaja trafot ennast topeltvarjestada.Osade mahtuvuse ja juhtivuse mõju vähendamiseks on need valmistatud kvaliteetsetest dielektrikutest, näiteks fluoroplastist. Toiteallikaks sobib helisagedusgeneraator.

Sildades kasutatavad konstantsed takistused annavad eelise: pole vaja kalibreerida muutuvat takistit. Käepidemetes on ainult püsitakistus, konstantne kondensaator ja muutuvkondensaatorid. Nende võimeid on võimalik mõõta otse. Uuritav mahtuvus ühendatakse lihtsalt klemmidega, misjärel sild tasakaalustatakse muutuvate kondensaatorite reguleerimisega Arvutused tehakse valemite järgi, millest on näha, et puutuja skaala saadakse otse valemist muutuva mahtuvusega, kuna takistus ja sagedus ei muutu:

Induktiivselt ühendatud õlgadega mõõtesillad (trafosillad) on mitmes aspektis paremad kui mahtuvuslikud sillad: suurem tundlikkus puutuja ja mahtuvuse osas, parasiitjuhtivuse vähene mõju, mis on ühendatud igatahes paralleelselt harudega.

Mitmesektsioonilised trafod võivad silla tööpiirkonda (mõõteskaalat) oluliselt laiendada. Tüüpilisi trafosilla konstruktsioone on mitu, kuid kõige populaarsem on topelttrafosild:

Kett on täielikult reguleeritud pöörete arvu loendamisega; see ei vaja muutuvaid kondensaatoreid ega muutuvaid takisteid. Nii on võimalik luua arvestiid suure hulga mitmesektsiooniliste trafodega ning näidiselemente on vaja minimaalselt.

Siin on ahelad galvaaniliselt isoleeritud ehk siis on ilmselge, et parasiitühendustest tingitud häired on minimaalsed, seetõttu võivad ühendusjuhtmed olla suhteliselt pikad. Kui sild on tasakaalus, kehtivad järgmised võrrandid:

Teatavasti on kondensaatorite mahtuvuse mõõtmisel esiplaanil aktiivsed kaod dielektrilise kadude puutuja kujul. Niisiis jagatakse selle parameetri järgi kondensaatorid kolme rühma (ja samaväärsed ahelad erinevad sellel sagedusel):

Järgmised suhted kajastavad vahelduvvooluahela kondensaatori impedantsi ja selle puutujat jada- ja paralleelahelates:

Kadudeta kondensaatori mahtuvuse mõõtmine toimub vastavalt järgmisele skeemile, kus kaks aktiivset haru määravad mõõtmispiirid nende väärtuste suhtega ja valimi mahtuvus on muutuv. Siin valitakse mõõtmisprotsessis takistite suhted, muudetakse proovi mahtuvuse väärtust. Silla tasakaalu avaldis on:

Väikese kaoga mahtuvuse mõõtmine toimub vastavalt kondensaatori asendamise järjestusskeemile, samal ajal tasakaalustades silda mahtuvuse ja aktiivtakistuse muutmisega, saavutades nullindikaatori skaala minimaalse näidu. Võrdsuse tingimus annab järgmised väljendid:

Oluliste dielektriliste kadudega kondensaatorid nõuavad samaväärses vooluringis, et takistus oleks paralleelselt ühendatud näidisega vastavalt ülaltoodud skeemile. Tangensi valem näeb välja selline:

Seega on sildade abil võimalik mõõta tõeliste kondensaatorite mahtuvust nimiväärtustega ühikutest pF kuni kümnete mikrofaradeni ja suure täpsusega (1 kuni 3 suurusjärku).

Mõõtes induktiivsust ülalkirjeldatud meetodil, on võimalik võrrelda mahtuvustega ja mitte tingimata induktiivsustega, kuna täpse muutuva induktiivsuse loomine ei ole lihtne ülesanne. Seega kasutavad nad induktiivpoolide asemel näidismahtuvuse ekvivalentseid ahelaid. Tasakaalutingimus võimaldab leida takistuse ja induktiivsuse, tulemus kirjutatakse järgmisel kujul:

Võite leida ka Q-teguri:

Muidugi tekitab pöörde-pöörde mahtuvus väikseid moonutusi, kuid need osutuvad sageli tühiseks.