AC-målebroer og deres anvendelse

I AC-kredsløb bruges brokredsløb til måleformål. Disse ordninger gør det muligt at bestemme værdierne af kondensatorer og induktanser, tangenter af vinklen for kondensatorernes dielektriske tab såvel som de gensidige induktanser af spolerne.

Måling af AC-broer er helt forskellige ordninger, de vil blive diskuteret nedenfor. De mest populære er balancerede broer med fire arme, hvor processerne med at måle induktanser, kapacitanser og dielektriske tabstangenter kan ledsages af kompensation af parasitære parametre.

To grupper af AC-målebrokredsløb er særligt udtryksfulde: transformerbroer (med induktivt koblede arme) og kapacitive broer. Kapacitive broer er kredsløb med fire arme, hvor kapacitive og aktive elementer er installeret i armene. Transformatorbroer er kendetegnet ved tilstedeværelsen af ​​transformatorsekundære viklinger i to arme, der tjener til at drive broen.

Hvad angår kapacitive kredsløb, kan de omfatte både konstant kapacitans og variable (aktive) modstande og konstante (aktive) modstande og variable kapacitanser. En bro med konstant kapacitans er lettere at bygge, da den ikke har brug for variable kondensatorer, der er specielt klassificeret, i stedet er der tilstrækkelig forsyning af modstande (aktive modstande).

Takket være de variable modstande kan brokredsløbet afbalanceres med hensyn til de reaktive og aktive spændingskomponenter. En variabel modstand er kalibreret i henhold til kapacitansværdier, den anden i henhold til dielektriske tab tangentværdier. Som et resultat opnås et ækvivalent seriekredsløb af den undersøgte kondensator. Følgende lighed vil afspejle denne ligevægtstilstand af broen, og ligestilling af de imaginære og reelle dele vil kun give værdierne af de søgte mængder:

Men i virkeligheden dukker parasitære parametre altid op og giver fejl allerede ved lydfrekvenser. Parasitære induktanser, kapacitanser, konduktanser er kilder til disse fejl, nøjagtigheden af ​​dielektrisk tabsvinkelmåling er truet. Foranstaltninger til at reducere indflydelsen af ​​disse faktorer er den ikke-induktive og kapacitive vikling af den første modstand. Men faktisk er det simpelthen nødvendigt at kompensere ordentligt for disse påvirkninger.

Så for at kompensere for den parasitære induktans er trimerkondensatoren forbundet parallelt med den anden modstand. Derudover opstår parasitære kapacitanser og parasitære modstande fra tilstedeværelsen af ​​isolerende dele og transformeren, så det er nødvendigt at dobbeltskærme selve transformeren.For at reducere effekten af ​​kapacitans og ledningsevne af delene er de lavet af højkvalitets dielektrikum, såsom fluorplast. En lydfrekvensgenerator er velegnet som strømkilde.

De konstante modstande, der bruges i broer, giver en fordel: der er ingen grund til at kalibrere en variabel modstand. I armene er der kun en konstant modstand, en konstant kondensator og variable kondensatorer. Målinger af deres evner er mulige direkte. Kapacitansen, der undersøges, forbindes blot med terminalerne, hvorefter broen balanceres ved at justere de variable kondensatorer.Beregningerne udføres efter formlerne, hvorfra det kan ses, at skalaen for tangenten er hentet direkte fra formlen med variabel kapacitans, da modstanden og frekvensen er uændrede:

Målebroer med induktivt forbundne arme (transformatorbroer) er overlegne i forhold til kapacitive broer i en række aspekter: højere følsomhed med hensyn til tangent og kapacitans, lav påvirkning af parasitiske konduktanser forbundet, alligevel, parallelt med armene.

Multisektionstransformatorer kan i høj grad udvide broens driftsområde (måleskala). Der er flere typiske transformerbrodesign, men den mest populære er den dobbelte transformerbro:

Kæden er fuldt reguleret ved at optælle antallet af omdrejninger; det behøver ikke variable kondensatorer eller variable modstande. På denne måde er det muligt at skabe målere med et stort udvalg af multi-sektionstransformere, og et minimum af prøveelementer er påkrævet.

Her er kredsløbene galvanisk isolerede, det vil sige, at det er indlysende, at interferens på grund af parasitforbindelser er minimal, derfor kan forbindelsesledningerne være relativt lange. Følgende ligninger er gyldige, når broen er i ligevægt:

Som du ved, når det kommer til måling af kondensatorernes kapacitanser, kommer aktive tab i form af den dielektriske tabstangent i forgrunden. Så ifølge denne parameter er kondensatorer opdelt i tre grupper (og de tilsvarende kredsløb, henholdsvis ved denne frekvens, er forskellige):

Følgende forhold afspejler impedansen af ​​en kondensator i et AC-kredsløb og dens tangent i serie- og parallelækvivalente kredsløb:

Målingen af ​​kapacitansen af ​​en tabsfri kondensator udføres i henhold til følgende skema, hvor to aktive arme bestemmer målegrænserne ved forholdet mellem deres værdier, og prøvekapacitansen er variabel. Her, i måleprocessen, vælges forholdene mellem modstandene, værdien af ​​prøvekapacitansen ændres. Broligevægtsudtrykket er:

Kapacitansmåling med lavt tab udføres i henhold til sekvensskemaet for kondensatorudskiftning, mens broen afbalanceres ved at ændre kapacitansen og den aktive modstand og nå minimumsaflæsningen af ​​nulindikatorskalaen. Ligestillingsbetingelsen giver følgende udtryk:

Kondensatorer med betydelige dielektriske tab kræver i det ækvivalente kredsløb, at modstanden skal forbindes parallelt med prøven i henhold til ovenstående skema. Formlen for tangenten vil se sådan ud:

Så ved hjælp af broer er det muligt at måle kapacitanserne af rigtige kondensatorer med nominelle værdier fra enheder af pF til snesevis af mikrofarader og med en høj grad af nøjagtighed (fra 1 til 3 størrelsesordener).

Ved at måle induktans ved hjælp af fremgangsmåden beskrevet ovenfor, er det muligt at sammenligne med kapacitanser og ikke nødvendigvis med induktanser, da det ikke er en nem opgave at skabe en nøjagtig variabel induktans. Så de bruger prøvekapacitansækvivalente kredsløb i stedet for induktorer. Ligevægtstilstanden giver dig mulighed for at finde modstand og induktans, resultatet er skrevet i følgende form:

Du kan også finde Q-faktoren:

Naturligvis vil turn-to-turn kapacitansen give små forvrængninger, men disse viser sig ofte at være ubetydelige.