AC mérőhidak és felhasználásuk

Az AC áramkörökben a hídáramköröket mérési célokra használják. Ezek a sémák lehetővé teszik a kondenzátorok és induktivitások értékeinek, a kondenzátorok dielektromos veszteségszögének érintőinek, valamint a tekercsek kölcsönös induktivitásának meghatározását.

A váltakozó áramú hidak mérése teljesen különböző sémák, ezeket az alábbiakban tárgyaljuk. A legnépszerűbbek a négykarú kiegyensúlyozott hidak, ahol az induktivitások, kapacitások és dielektromos veszteség érintők mérési folyamatai a parazita paraméterek kompenzálásával járhatnak együtt.

A váltakozó áramú mérőhíd áramkörök két csoportja különösen kifejező: a transzformátor hidak (induktív csatolású karokkal) és a kapacitív hidak. A kapacitív hidak négykarú áramkörök, amelyekben kapacitív és aktív elemek vannak beépítve a karokba. A transzformátorhidakat a transzformátor szekunder tekercseinek jelenléte jellemzi két karban, amelyek a híd táplálását szolgálják.

Ami a kapacitív áramköröket illeti, ezek egyaránt tartalmazhatnak állandó kapacitású és változó (aktív) ellenállásokat, valamint állandó (aktív) ellenállásokat és változó kapacitásokat. Az állandó kapacitású hidat egyszerűbb megépíteni, mivel nincs szükség speciálisan besorolt ​​változó kondenzátorokra, helyette elegendő ellenállás (aktív ellenállás) van.

A változtatható ellenállásoknak köszönhetően a hídáramkör kiegyensúlyozható a reaktív és az aktív feszültségkomponensek tekintetében. Az egyik változó ellenállást a kapacitásértékek, a másikat a dielektromos veszteség érintőértékei szerint kalibrálják. Ennek eredményeként a vizsgált kondenzátor egyenértékű soros áramkörét kapjuk. A következő egyenlőség a hídnak ezt az egyensúlyi állapotát tükrözi, és a képzeletbeli és a valós részek egyenlővé tétele csak a keresett mennyiségek értékeit adja meg:

De a valóságban a parazita paraméterek mindig megjelennek, és már a hangfrekvenciákon is hibát adnak. E hibák forrásai a parazita induktivitások, kapacitások, konduktanciák, veszélybe kerül a dielektromos veszteségszög mérésének pontossága. Ezen tényezők hatásának csökkentésére szolgáló intézkedések az első ellenállás nem induktív és kapacitív tekercselése. De valójában egyszerűen szükséges ezeket a hatásokat megfelelően kompenzálni.

Tehát a parazita induktivitás kompenzálására a trimer kondenzátor párhuzamosan van csatlakoztatva a második ellenállással. Ezenkívül a szigetelő részek és a transzformátor jelenlétéből parazita kapacitások és parazita ellenállások keletkeznek, ezért magának a transzformátornak a kettős árnyékolása szükséges.Az alkatrészek kapacitásának és vezetőképességének hatásának csökkentése érdekében kiváló minőségű dielektrikumból, például fluoroplasztból készülnek. Áramforrásként hangfrekvencia-generátor alkalmas.

A hidaknál alkalmazott állandó ellenállások előnyt jelentenek: nincs szükség változó ellenállás kalibrálására. A karokban csak állandó ellenállás, állandó kondenzátor és változtatható kondenzátorok vannak. Képességeik mérése közvetlenül lehetséges. A vizsgált kapacitást egyszerűen csatlakoztatják a kapcsokhoz, majd a hidat a változó kondenzátorok beállításával kiegyenlítik.A számításokat a képletek szerint végezzük, amelyekből látható, hogy az érintő skáláját közvetlenül a képletből kapjuk változó kapacitással, mivel az ellenállás és a frekvencia változatlan:

Az induktívan összekötött karú mérőhidak (transzformátorhidak) több szempontból is felülmúlják a kapacitív hidakat: nagyobb érzékenység az érintő és kapacitás tekintetében, a parazita vezetőképességek csekély hatása, egyébként párhuzamosan a karokkal.

A több szekciós transzformátorok nagymértékben bővíthetik a híd működési tartományát (mérési skáláját). Számos tipikus transzformátorhíd-konstrukció létezik, de a legnépszerűbb a kettős transzformátorhíd:

A lánc teljes mértékben szabályozott a fordulatok számának számbavételével; nem kell hozzá változó kondenzátor vagy változó ellenállás. Ily módon sok szekciós transzformátorral lehet mérőket létrehozni, és minimális mintaelem szükséges.

Itt az áramkörök galvanikusan le vannak választva, vagyis nyilvánvaló, hogy a parazita bekötések miatti interferencia minimális, ezért a csatlakozó vezetékek viszonylag hosszúak lehetnek. A következő egyenletek érvényesek, ha a híd egyensúlyban van:

Mint ismeretes, a kondenzátorok kapacitásának mérésénél a dielektromos veszteség érintője formájában jelentkező aktív veszteségek kerülnek előtérbe. Tehát e paraméter szerint a kondenzátorokat három csoportra osztják (és az egyenértékű áramkörök ezen a frekvencián különböznek):

A következő arányok tükrözik a kondenzátor impedanciáját egy váltakozó áramú áramkörben, valamint annak tangensét a soros és párhuzamos ekvivalens áramkörökben:

A veszteségmentes kondenzátor kapacitásának mérése a következő séma szerint történik, ahol két aktív kar határozza meg a mérési határértékeket az értékek arányával, és a minta kapacitása változó. Itt a mérési folyamat során kiválasztják az ellenállások arányait, megváltoztatják a minta kapacitásának értékét. A híd egyensúlyi kifejezése:

Az alacsony veszteségű kapacitásmérés a kondenzátorcsere sorrendi séma szerint történik, miközben a híd kiegyensúlyozása a kapacitás és az aktív ellenállás változtatásával történik, elérve a nulla jelzőskála minimális leolvasását. Az egyenlőség feltétele a következő kifejezéseket adja:

Jelentős dielektromos veszteséggel rendelkező kondenzátorok esetén az egyenértékű áramkörben az ellenállást a mintával párhuzamosan kell bekötni, a fenti séma szerint. Az érintő képlete így fog kinézni:

Tehát hidak segítségével meg lehet mérni a valódi kondenzátorok kapacitását névleges értékekkel, pF egységektől több tíz mikrofaradig, és nagy pontossággal (1-3 nagyságrendig).

Az induktivitás mérésével a fent leírt megközelítéssel lehetőség nyílik a kapacitásokkal való összehasonlításra, és nem feltétlenül az induktivitásokkal, mivel pontos változó induktivitás létrehozása nem egyszerű feladat. Tehát induktorok helyett minta-kapacitással egyenértékű áramköröket használnak. Az egyensúlyi feltétel lehetővé teszi az ellenállás és az induktivitás megtalálását, az eredményt a következő formában írjuk le:

A Q tényezőt is megtalálhatja:

Természetesen a fordulat-kapacitás kis torzításokat ad, de ezek gyakran elhanyagolhatóak.