AC-målebroer og deres bruk

I AC-kretser brukes brokretser til måleformål. Disse ordningene gjør det mulig å bestemme verdiene til kondensatorer og induktanser, tangenter til vinkelen på kondensatorenes dielektriske tap, så vel som de gjensidige induktansene til spolene.

Måling av AC-broer er helt forskjellige ordninger, de vil bli diskutert nedenfor. De mest populære er balanserte broer med fire armer, hvor prosessene med å måle induktanser, kapasitanser og dielektriske tapstangenter kan ledsages av kompensasjon av parasittiske parametere.

To grupper av AC-målebrokretser er spesielt uttrykksfulle: transformatorbroer (med induktivt koplede armer) og kapasitive broer. Kapasitive broer er kretser med fire armer der kapasitive og aktive elementer er installert i armene. Transformatorbroer er preget av tilstedeværelsen av transformatorsekundære viklinger i to armer som tjener til å drive broen.

Når det gjelder kapasitive kretser, kan de inkludere både konstant kapasitans og variable (aktive) motstander, og konstante (aktive) motstander og variable kapasitanser. En konstant kapasitansbro er lettere å bygge da den ikke trenger variable kondensatorer spesielt klassifisert, i stedet er det tilstrekkelig tilførsel av motstander (aktive motstander).

Takket være de variable motstandene kan brokretsen balanseres med hensyn til de reaktive og aktive spenningskomponentene. En variabel motstand er kalibrert i henhold til kapasitansverdier, den andre i henhold til tangensverdier for dielektriske tap. Som et resultat oppnås en ekvivalent seriekrets av den studerte kondensatoren. Følgende likhet vil gjenspeile denne likevektstilstanden til broen, og å likestille de imaginære og reelle delene vil kun gi verdiene til de søkte mengdene:

Men i virkeligheten vises alltid parasittiske parametere og gir feil allerede ved lydfrekvenser. Parasittiske induktanser, kapasitanser, konduktanser er kilder til disse feilene, nøyaktigheten av dielektrisk tapsvinkelmåling er truet. Tiltak for å redusere påvirkningen av disse faktorene er den ikke-induktive og kapasitive viklingen til den første motstanden. Men faktisk er det rett og slett nødvendig å kompensere for disse påvirkningene.

Så, for å kompensere for den parasittiske induktansen, er trimerkondensatoren koblet parallelt med den andre motstanden. I tillegg oppstår parasittiske kapasitanser og parasittiske motstander fra tilstedeværelsen av isolasjonsdeler og transformatoren, så det er nødvendig å doble skjerming av selve transformatoren.For å redusere effekten av kapasitans og konduktivitet til delene, er de laget av høykvalitets dielektrikum, for eksempel fluorplast. En lydfrekvensgenerator er egnet som strømkilde.

De konstante motstandene som brukes i broer gir en fordel: det er ikke nødvendig å kalibrere en variabel motstand. I armene er det kun en konstant motstand, en konstant kondensator og variable kondensatorer. Målinger av deres evner er mulig direkte. Kapasitansen som studeres kobles ganske enkelt til terminalene, hvoretter broen balanseres ved å justere de variable kondensatorene.Beregningene utføres i henhold til formlene hvorfra det kan ses at skalaen for tangenten er hentet direkte fra formelen med variabel kapasitans, siden motstanden og frekvensen er uendret:

Målebroer med induktivt koblede armer (transformatorbroer) er overlegne kapasitive broer i en rekke aspekter: høyere følsomhet når det gjelder tangent og kapasitans, lav påvirkning av parasittiske konduktanser koblet, uansett, parallelt med armene.

Flerseksjonstransformatorer kan i stor grad utvide driftsområdet (måleskala) til broen. Det er flere typiske transformatorbrodesign, men den mest populære er den doble transformatorbroen:

Kjeden er fullstendig regulert ved å telle antall svinger; den trenger ikke variable kondensatorer eller variable motstander. På denne måten er det mulig å lage målere med et stort utvalg av flerseksjonstransformatorer, og det kreves et minimum av prøveelementer.

Her er kretsene galvanisk isolert, det vil si at det er åpenbart at interferens på grunn av parasittiske forbindelser er minimal, derfor kan tilkoblingsledningene være relativt lange. Følgende ligninger er gyldige når broen er i likevekt:

Som du vet, når det gjelder å måle kapasitansene til kondensatorer, kommer aktive tap i form av den dielektriske tapstangensen i forgrunnen. Så, i henhold til denne parameteren, er kondensatorer delt inn i tre grupper (og tilsvarende kretser er forskjellige ved denne frekvensen):

Følgende forhold reflekterer impedansen til en kondensator i en AC-krets og dens tangent i serie- og parallellekvivalente kretser:

Målingen av kapasitansen til en tapsfri kondensator utføres i henhold til følgende skjema, der to aktive armer bestemmer målegrensene ved forholdet mellom deres verdier, og prøvekapasitansen er variabel. Her, i måleprosessen, velges forholdene til motstandene, verdien av prøvekapasitansen endres. Brolikevektsuttrykket er:

Kapasitansmåling med lavt tap utføres i henhold til sekvensskjemaet for kondensatorutskifting, mens broen balanseres ved å endre kapasitansen og den aktive motstanden, og når minimumsavlesningen av nullindikatorskalaen. Likhetsbetingelsen gir følgende uttrykk:

Kondensatorer med betydelige dielektriske tap krever i den ekvivalente kretsen motstanden som skal kobles parallelt med prøven, i henhold til skjemaet ovenfor. Formelen for tangenten vil se slik ut:

Så ved å bruke broer er det mulig å måle kapasitansene til reelle kondensatorer med nominelle verdier fra enheter av pF til titalls mikrofarader og med høy grad av nøyaktighet (fra 1 til 3 størrelsesordener).

Ved å måle induktans ved å bruke tilnærmingen beskrevet ovenfor, er det mulig å sammenligne med kapasitanser og ikke nødvendigvis med induktanser, siden det ikke er en lett oppgave å lage en nøyaktig variabel induktans. Så de bruker prøvekapasitansekvivalente kretser i stedet for induktorer. Likevektstilstanden lar deg finne motstand og induktans, resultatet er skrevet i følgende form:

Du kan også finne Q-faktoren:

Selvsagt vil turn-to-turn-kapasitansen gi små forvrengninger, men disse viser seg ofte å være ubetydelige.