Мосты переменного тока для измерения индуктивности и емкости

Мост переменного тока для измерения индуктивности

Номер патента: 866486

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 251279 (21) 2863645/18-21с присоединением заявки Нов(51)М, КлО 01 Я 17/10 ГосударствеНный комитет С С С Р но делам изобретений и открытий(53) УДК 621317. ,733(088.8) Дата опубликования описания 2309.81(54 ) МОСТ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯИ НДУКТИВНОСТИ Изобретение относится к измерениям параметров элементов электрических цепей переменного тока и может быть использовано при разработке мостов переменного тока для измерения электрических параметров образцовых мер индуктивности.Известен четырехплечий мост переменного тока для измерения индуктивности, основной вариант которого называют обычно мостом Максвелла-Вина.Мост Максвелла-Вина содержит четыре плеча, в одно из которых включена измеряемая катушка индуктивности, в противоположное плечо включены парал лельно соединенные конденсатор переменной емкости и магазин сопротивлений, а в два остальные плеча включены по одному резистору постоянного значения (1 ).Недостатком основной схемы моста Максвелла-Вина является невысокая точность измерений.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является усовершенствованный мост Максвелла- Вина, в котором не требуется применения магазина сопротивлений с широкими пределами измерения сопротивления. Он содержит источник питания, ЗО симметрирующую ветвь, нулевой указатель равновесия и четыре плеча, водном плече этого моста включены последовательно магазин сопротивленийи измеряемая катушка индуктивности,в противоположное ему плечо включены параллельно конденсатор переменной емкости и резистор, а в два другие плеча включены по одному резистору 21Однако в известном мосте Максвелла-Вина вследствие низкой точностиконденсаторов переменной емкости существенно снижается точность резуль-«.татов измерений, недостаточен диапазон пределов измерения малых индуктивностей.Цель изобретения — повышение точности измерений и расширение пределов измерений в области малых индуктивностей.Указанная цель достигается тем, что в мост переменного тока для измерения индуктивности, содержащий источник питания, включенный через разделительный трансформатор в диагональ питания моста, параллельно которой включена симметрирующая ветвь, нулевой указатель, включенный в измерительную диагональ моста, и866486 формула изобретения ВНИИПИ Заказ 8068/67 Тираж 735 Подписноефилиал ППП «Патент», г.ужгород, ул.Проектная, 4 менее, чем на порядок и одновременно снизить трудоемкость измерительюго процесса,Иост переменного тока для измерения индуктивности, содержащий источник питания, включенный через разделительный трансформатор в диагональ питания моста, параллельно которой включена симметрирующая ветвь, нулевой указатель, включенный в измерительную диагональ моста, и четыре плечав одно плечо включены последовательно магазин сопротивлений и измеряемая катушка индуктивности, в противоположное ему плечо включены параллельно конденсатор переменной емкости и резистор, а в два остальных плеча включены по одному резистору, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения пределов измерений в области малых индуктивностей, в него введены дополнительные резистор и конденсатор переменной емкости, включенные в плечо, содержащеепараллельно включенные конденсаторпеременной емкостии резистор, приэтом дополнительный резистор соединен последовательно с резистором,а дополнительный конденсатор переменной емкости соединен с общими выводами этих двух резисторов и корпу».сом моста, соединенным с общими выводами магазинов сопротивлений, образующих симметрирующую ветвь, и через переключатель — с одной иэ вершин измерительной диагонали моста. Источники .информации,принятые во внимание нри экспертизе1. Нестеренко А.Д. Основы расчетаэлектроизмерительных схем уравновешивания. Киев, АН УССР,1953,с.101,рис. 89.202. Лара Т.1 Со 1 Ьга 1 оп оГ 1 пдцсйапсе Вапдагд 1 п й 1 ъе Иахюююе 11- Чюеп Вгюдд С 1 гсц 1 й.1 оцгпа 1 Вевегвс 0йас 1 опа 1 Вцгеац Вйапдагдв», чо 1 65 с,1961(прототип).

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПРЕДПРИЯТИЕ ПЯ А-1742

Измерительные мосты переменного тока и их использование

В цепях переменного тока для измерительных целей применяют мостовые схемы. Данные схемы позволяют определять величины емкостей и индуктивностей, тангенсы угла диэлектрических потерь конденсаторов, а также взаимные индуктивности катушек.

Измерительные мосты переменного тока — это схемы совершенно разнообразные, о них и пойдет речь далее. Наиболее популярны четырехплечевые уравновешенные мосты, в которых процессы измерения индуктивностей, емкостей и тангенсов угла диэлектрических потерь могут сопровождаться компенсацией паразитных параметров.

Особенно выразительны две группы схем измерительных мостов переменного тока: трансформаторные мосты (с индуктивно-связанными плечами) и емкостные мосты. Емкостные мосты — это четырехплечевые схемы, у которых в плечах установлены емкостные и активные элементы. Мостам трансформаторным свойственно наличие в двух плечах вторичных обмоток трансформаторов, которые служат для подачи на мост питания.

Что касается схем емкостных, то в них могут входить как постоянные емкости и переменные (активные) резисторы, так и постоянные (активные) резисторы и переменные емкости. Мост с постоянными емкостями проще в построении, ведь ему не нужно конденсаторов переменной емкости, особым образом градуированных, вместо этого достаточно магазинов резисторов (активных сопротивлений).

Благодаря переменным резисторам, мостовую схему можно уравновесить по реактивной и активной составляющим напряжения. Один переменный резистор градуируется соответственно значениям емкости, другой — в значениях тангенса угла диэлектрических потерь. В итоге получается эквивалентная последовательная схема исследуемого конденсатора. И следующее равенство будет отражать то самое равновесное состояние моста, а приравнивание мнимых и вещественных частей даст как раз значения искомых величин:

Но в реальности паразитные параметры всегда проявляют себя, и дают погрешности уже на звуковых частотах. Паразитные индуктивности, емкости, проводимости — источники данных погрешностей, точность измерения угла диэлектрических потерь оказывается под угрозой. Меры по уменьшению влияния этих факторов — безиндуктивная и безъемкостная намотка первого резистора. Но на деле просто необходимо эти влияния должным образом компенсировать.

Так, для того чтобы скомпенсировать паразитную индуктивность — присоединяют параллельно второму резистору подстроечный конденсатор. Кроме того, паразитные емкости и паразитные сопротивления возникают из-за наличия изоляционных деталей и трансформатора, поэтому необходимо, чтобы сам трансформатор имел двойное экранирование. Для снижения влияния емкостей и проводимостей деталей — их изготавливают из качественных диэлектриков, таких как фторопласт. В качестве источника питания подойдет генератор звуковой частоты.

Применяемые в мостах постоянные сопротивления дают преимущество: не нужно градуировать никакой переменный резистор. В плечах стоят лишь постоянные сопротивления, постоянный конденсатор и переменные конденсаторы. Измерения их емкостей возможны напрямую. Исследуемая емкость просто подключается к зажимам, затем мост уравновешивается регулировкой переменных конденсаторов. Вычисления ведутся по формулам, из которых видно, что шкала для тангенса получается прямо из шаклы переменной емкости, поскольку сопротивление и частота неизменны:

Измерительные мосты с индуктивно-связанными плечами (трансформаторные мосты) превосходят емкостные по ряду аспектов: выше чувствительность по тангенсу и емкости, слабое влияние паразитных проводимостей, включенных как-бы параллельно плечам.

Многосекционные трансформаторы позволяют существенно расширить рабочий диапазон (измерительную шкалу) моста. Существует несколько типичных схем трансформаторных мостов, однако самая популярная — двойной трансформаторный мост:

Схема целиком регулируется перебором количества витков, ей не нужны ни переменные конденсаторы, ни переменные резисторы. Так можно создавать измерительные приборы большого диапазона на многосекционных трансформаторах, причем образцовых элементов потребуется минимум.

Цепи здесь гальванически развязаны, то есть очевидно, что помехи в силу паразитных связей минимальны, поэтому и присоединительные провода могут быть относительно длинными. Справедливы следующие уравнения в условиях равновесия моста:

Как известно, когда речь заходит об измерении емкостей конденсаторов, активные потери в виде тангенса угла диэлектрических потерь вылезают на первый план. Так, конденсаторы по данному параметру подразделяются на три группы (и схемы замещения на данной частоте, соответственно, различаются):

Следующие соотношения отражают полное сопротивление конденсатора в цепи переменного тока и его тангенс при последовательной и параллельной схемах замещения:

Измерение емкости конденсатора, не обладающего потерями, проводят по следующей схеме, в которой два активных плеча определяют пределы измерения соотношением своих значений, а образцовая емкость является переменной. Здесь в процессе измерения подбирают соотношения резисторов, изменяют величину образцовой емкости. Выражение равновесия моста таково:

Измерение емкости с малыми потерями проводят по схеме последовательного замещения конденсатора, при этом уравновешивают мост изменяя емкость и активное сопротивление, достигая минимального показания на шкале индикатора нуля. Условие равенства дает следующие выражения:

Конденсаторы с существенными потерями в диэлектрике требуют, чтобы в схеме замещения сопротивление было бы включено параллельно образцу, согласно приведенной выше схеме. Формула для тангенса будет иметь следующий вид:

Смотрите так же:  Высоковольтные провода зил-157

Так, с помощью мостов возможно проводить измерения емкостей реальных конденсаторов номиналами от единиц пф до десятков мкф, причем с высокой степенью точности (от 1 до 3 порядка).

Измеряя индуктивности, пользуясь описанным выше подходом, возможно сравнивать их с емкостями, а не обязательно с индуктивностями, ведь изготовить точную переменную индуктивность — непростая задача. Так и пользуются схемами замещения с образцовыми емкостями вместо индуктивностей. Условие равновесия позволяет найти сопротивление и индуктивность, записывается результат в следующем виде:

Далее можно найти добротность:

Конечно, межвитковая емкость даст небольшие искажения, однако они зачастую оказываются пренебрежимо малы.

Мосты переменного тока для измерения индуктивности и емкости

Калькулятор

Сервис бесплатной оценки стоимости работы

  1. Заполните заявку. Специалисты рассчитают стоимость вашей работы
  2. Расчет стоимости придет на почту и по СМС

Номер вашей заявки

Прямо сейчас на почту придет автоматическое письмо-подтверждение с информацией о заявке.

Схемы мостов переменного тока для измерения индуктивности. Вывод условий равновесия. Особенности

трансформатор ток конденсатор индуктивность

Мостовые схемы широко применяются в электроизмерительной технике для измерения сопротивления, индуктивности, емкости, добротности катушек, угла потерь конденсаторов, взаимной индуктивности и частоты. На основе мостовых схем создаются приборы для измерения неэлектрических величин(например, температуры, малых перемещений) и различные автоматические и телемеханические устройства.

Широкое применение мостовых схем обьясняется большой точностью измерений, високой чувствительностью, возможностью измерения различних величин и т. д.

Схема одинарного моста переменного тока приведена на рис. 67.1.1. Плечи моста а—б, б—в, а—г и г—в содержат в общем случае комплексние сопротивления Z1, Z2,Z3 и Z4.

В диагональ б—г, называемую выходной, включается нагрузка (в частном случае — нуль-индикатор) с сопротивлением Z0.

Зависимость тока І в нагрузке от параметров моста и напряжения питання U, найденная каким-либо способом, например с помощью законов Кирхгофа, равна:

Равновесие моста имеет место при подборе плеч, так чтобs I = 0, т. є. при:

В развернутой форме выражения комплексов полных сопротивлений плеч имеют вид:

Подставив значення Z1, Z2,Z3 и Z4. в (67.1.3), получим два равенства для мнимых и вещественных членов:

Наличие двух уравнений равновесия означает необходимость регулирования не менее двух параметров моста переменного тока для достижения равновесия.

Условия равновесия моста могут быть выраженны иным способом, указывающим, как должны быть расположены плечи моста.

где z1,z2,z3,z4— модули полннх сопротивлеиий плеч; ц1, ц2, ц3, ц4— углы сдвига тока относительно напряжения в соответствующих плечах, равенство (67.1.3) можно представить так:

Уравнения (67.1.5) и (67.1.7) равносильны и обязательны для достижения равновесия моста.

Последнее условие указывает, при каком расположении плеч, в зависимости от их характера, можно уравновесить схему. Если смежные плечи, например третье и четвертое имеют чисто активные сопротивления R3 и R4, т.е. два других смежных плеча могут иметь или индуктивный или емкостный характер.

Если противоположные плечи чисто активные, то одно из двух других должно быть индуктивным, а другое — емкостным.

В мостах переменного тока часто применяются злектронные нуль-индикаторы, входное сопротивление которых приближенно можно считать равным бесконечности. Для этого случая напряжение между точками б и г можно определить по формуле

Если в уравновешенном мосте какое-нибудь плечо, например Z1, получит малое прираідение ДZ1, то, лренебрегая величиной ДZ1 в знаменатели запишем:

Мосты, в которых измеряемая величина определяется из условия равновесия (67.1.3), называются уравновешенными. В ряде случаев измеряемая величина может определяться по значенню тока или напряжения выходной диагонали моста. Такие моста называются неуравновешенными.

Плечи моста постоянного тока а — б, б — в, а — г и г — в имеют соответственно активные сопротивления R1,R2,R3 и R4, а в диагональ б — г включается нуль-индикатор постоянного тока, например магнитозлектрический гальванометр с сопротивле-нием Rг.

Ток в цепи гальванометра для моста постоянного тока

Если мост уравновешен, ток в диагонали б — г равен нулю; для зтого необходимо, чтобы:

Равенство (67.1.10) показьівает возможность подключения измеряемого сопротивления в любое плечо моста и определение его значення через сопротивления трех других плеч.

Процесс измерения с помощью моста заключаетея в том, что в одно из плеч моста (например, а — б) включают резистор с неизвестным сопротивлением Rх и, изменяя одно или несколько сопротивлений плеч, добиваютcя отсутствия тока в цепи гальванометра. Тогда на основании (67.1.10)

Принято R3 и R4 називать плечами отношения, R2 — плечом сравнения.

Мости для измерения индуктивности и добротности катушек

Одно из плеч моста образовано испытуемой катушкой с индуктивностью Lх и активним сопротивлением RХ а другое — образцовой катушкой с индуктивностью Ln и сопротивлением Rn. Резистор R при помощи переключателя может бьіть включен последовательно с образцовой катушкой или с катушкой с измеряемой индуктивностью в зависимости от соотношения R и Rn. Если для получения равновесия включить резистор R последовательно с катушкой Lх то сопротивления плеч моста

По условию равновесия моста:

Что приводит к следующим равенствам:

Если же для получения равновесия включить резистор R последователько с катушкой Ln,Rn, то условия равновесия моста принимают вид:

При проведении измерения следует обращать внимание на то, чтобы катушки индуктивности Ln и Lх были расположеньї на достаточно большом расстоянии для уменьшения взаимной индуктивности.

Для измерения индуктивности Lх можно использовать также и образцовьій конденсатор С.

В плечо, противололожное плечу с измеряемой индуктивностью LХ включен образцовьій конденсатор С с параллельно присоединенньш к нему резистором R. В остальньїе два плеча включеньї магазиньї сопротивлений R1 и R2.

Полные сопротивления плеч моста:

При равновесии моста:

Это равновесие приводит к условиям равновесия:

По полученным значемниям Rx и Lx или С и R можно определить добротность катушки

Четырехплечие мостовые схемы с использованием в их плечах конденсаторов постоянной емкости и переменньїх резисторов дает удобньїе прямьіе отсчеты значений измеряемьіх индуктивностей и коэффициентов добротности Q катушек, но обладают плохой сходимостью при мальїх значеннях ко’ффициентов добротности. Процесc уравновновешивания становится затруднительным при Q = 1, а при Q

Измерительные мосты переменного тока — МЕТРОЛОГИЯ И ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИЗМЕРЕНИЙ. Лекции.

Любые студенческие работы — ДОРОГО!

100 р бонус за первый заказ

Существует много разнообразных схем мостов, предназначенных для измерения емкости и индуктивности.

Схема для измерения емкости СХ представлена на рисунке 3.4.4.

Условие равновесия моста можно записать в следующем виде:

,

где RC – сопротивление, эквивалентное потерям в конденсаторе.

Разделяя действительные и мнимые части, имеем

На практике качество конденсаторов характеризуется не величиной активного сопротивления RС, а тангенсом угла потерь

.

Отсюда видно, что для равновесия моста достаточно изменять активные сопротивления, имея емкость С3 постоянной. Обычно для балансировки используется переменный резистор R4, градуируемый в значениях tgd. Изменением сопротивления R2 достигается расширение пределов измерения СХ.

Данная схема соответствует малым потерям в конденсаторе (малым значениям tgd).

Аналогично можно изобразить схему моста для параллельной схемы замещения реального конденсатора, соответствующей большим потерям в конденсаторе.

Схема рисунка 3.4.4, равно как и схема с параллельной схемой замещения реального конденсатора, при измерении СХ оказывается частотно-независимой. Это является важным достоинством мостов типа МЕП и позволяет применять их для измерения СХ на рабочей частоте.

Схема для измерения индуктивности при QLX 30 мост строится по последовательной схеме замещения образцового конденсатора.

Как и мост типа МЕП, данный мост частотно независим при измерении

Мосты переменного тока;

Метод измерительного моста переменного тока находит широкое применение для измерения омического сопротивления, емкости, танген­са угла потерь, индуктивности, добротности.

В отличие от мостов постоянного тока здесь одну диагональ моста включен источник переменного напряжения (генератор низкой частоты), в другую — нулевой индикатор переменного напря­жения, плечи моста — двухполюсники с полным сопротивлением Z (рис.10.2).

Рисунок 10.2 – Схема моста переменного тока

Равновесие моста достигается при условии ра­венства произведений комплексных сопротивлений противоположных плеч:

В показательной форме равенство будет иметь вид

(10.4)

где — модули полных сопротивлений плеч; φ1 – φ4 – фазовые сдвиги между током и напряжением в соответ­ствующих плечах.

Равенство (10.4) представим в виде двух равенств:

-равенство произведений модулей комплексных сопротивлений противолежащих плеч:

(10.5)

— равенство сумм аргументов комплексных сопротивлений противоположных плеч:

(10.6)

Равенства (10.5) и (10.6) определяют условия равновесия моста. Они показывают, что мост переменного тока нужно уравновешивать ре­гулировкой активной и реактивной составляющих плеч, т.е. равновесие осуществляется по модулям и фазам. При этом уравнения (10.5) и (10.6) равносильны и оба обязательны для достижения равновесия мо­ста. Условие (10.6) указывает, при каком расположении плеч в зависи­мости от их характера можно уравновесить схему. Если смежные плечи, например третье и четвертое (рис.10.2), имеют чисто активные со­противления R3 и R4, т.е. φ3 = φ4 = 0, то два других смежных плеча могут иметь или индуктивный, или емкостный характер. Если противо­положные плечи чисто активные, то одно из двух других сопротивлений должно быть индуктивным, а другое – емкостным.

Смотрите так же:  Переключатель напряжения 220 вольт

При алгебраической форме представления комплексного сопроти­вления

где R – вещественная часть, представляющая активную составляющую; X – мнимая часть, представляющая реактивную составляющую.

В алгебраической форме равенство (10.3) примет вид

Это равенство обеспечивается при одновременном выполнении равенства активных и реактивных частей, т.е.

Рассмотрим мост для измерения емкости и угла потерь конденсаторов (рис.10.3).

Рисунок 10.3 – Схема моста для измерения емкости

Два его плеча составлены из магазинов сопротивлений R2 и R4. Третье плечо образовано последовательно соединенными образцовыми конденсатором Со и переменным резистором с малым сопротивлением Ro. В четвертое плечо включен измеряемый конденсатор Сх, сопротивление потерь в котором Rx.

Полные сопротивления плеч моста равны:

Подставив в формулу равновесия моста (10.3) эти значения, получим

Приравняв отдельно вещественные и мнимые части, получим

(10.8)

Из анализа векторной диаграммы цепи RxCx следует, что угол δх, дополняющий до 90 о φх , определяется как

Уравновешивание моста переменного тока для измерения индуктивности рассмотрим на примере схемы, представленной на (рис.10.4).

Рисунок 10.4 – Схема моста для измерения индуктивности

Здесь для измерения индуктивности Lx используют образцовый конденсатор Со, включенный в плечо, противоположное плечу с измеряемой индуктивностью. Параллельно с конденсатором Со включен резистор Ro. В остальные плечи включены магазины сопротивлений R2 и R3.

Полные сопротивления плеч равны

Равновесие моста согласно (10.2) определяется как

Отсюда следует, что

(10.9)

На основании изложенного можно заключить, что для мостов, у которых два плеча содержат только активные сопротивления, а два других – реактивные (рис.10.3 и 10.4), справедливы следующие утверждения:

— если активные сопротивления находятся в смежных плечах (рис.10.3) R2 и R4 и φ2 = φ4 = 0, то два других плеча должны содержать сопротивления одного характера (индуктивного или емкостного), что обеспечивает выполнение условия φ1 = φ3;

— если активные сопротивления расположены в противоположных плечах (рис.10.4) R2 и R3 и φ2 = φ3 = 0, то характер сопротивлений двух других плеч должен быть противоположным, что обеспечивает выполнение условия φ1 = -φ4.

Погрешности измерений параметров цепей с использованием рассмотренных мостов составляет сотые доли % от измеряемой величины. Они обусловлены следующими причинами:

— погрешностью значений образцовых элементов моста;

— влиянием паразитных связей между элементами схемы;

— влиянием нестабильностью параметров элементов схемы;

— нестабильностью амплитуды и частоты источника переменного напряжения.

Мосты переменного тока для измерения индуктивности и емкости

Как мы видели из схем постоянного тока, схемы, известные как мостовые могут быть очень полезны при изменении сопротивлений. Это так же верно и для схем переменного тока, и те же самые принципы могут быть применены для точных измерений неизвестных импедансов.

Напомним, что мостовые схемы работают как пара двухкомпонентных делителей напряжения подсоединённых параллельно к источнику напряжения, индикатор нулевого сигнала включён в диагональ моста для определения «баланса» при нулевом сигнале (Рисунок внизу)

Сбалансированный мост показывает «ноль», или минимальное значение, на индикаторе.

Любой из четырёх резисторов на верхнем рисунке может быть резистором с неизвестным сопротивлением, и его значение может быть определено из пропорции с другими тремя резисторами, которые «калиброваны» или их сопротивления известны с высокой точностью. Когда мост находится в условиях баланса (индикатор показывает нулевой сигнал), отношение определяется как:

Одним из преимуществ использования мостовой схемы для измерения сопротивлений является то, что напряжение источника питания не влияет на измерения. Практически, чем выше напряжение питания, тем легче обнаружить дисбаланс между четыремя резисторами с помощью индикатора нулевого сигнала, и таким образом повышается чувствительность схемы. Большее напряжение питания ведёт к увеличению точности измерений. Однако из-за уменьшения или увеличения напряжения питания не вносится фундаментальных ошибок в отличии от других схем измерения сопротивлений.

Импедансные мосты работают так же, только уравнение баланса определяется комплексными числами, и амплитуда, и фаза сигналов на диагонали моста должны быть равные, что бы детектор показал «нуль». Детектор нуля, конечно, должен быть устройством, способным обнаруживать очень слабый сигнал переменного тока. Для этого часто используют осциллограф, хотя здесь мог бы использоваться очень чувствительный электромеханический прибор и даже наушники, если частота сигнала лежит в звуковом диапазоне.

Один из способов увеличить эффективность наушников как детектора нуля — подсоединить их к источнику сигнала через согласующий трансформатор. Обычно наушники имеют низкое сопротивление (8 Ω), требующее существенного тока для работы, и такой понижающий трансформатор помогает «согласовать» слаботочный сигнал с сопротивлением наушников. Для этих целей хорошо подходит выходной трансформатор от аудио аппаратуры. (Рисунок внизу)

Детектор нуля для мостов переменного тока на основе наушников.
«Современные» низкоомные головные телефоны требуют согласующий трансформатор при использовании их в качестве чувствительного детектора нулевого сигнала.

Используя пару головных телефонов, полностью закрывающих уши, я мог обнаруживать сигналы с током менее 0.1 µA с этим простым детектором. Похожие результаты были получены с использованием двух понижающих трансформаторов: небольшого силового трансформатора (120В/6В), и аудио выходного трансформатора (с отношением сопротивлений обмоток 1000:8 Ом). С кнопочным выключателем для прерывания тока эта схема пригодна для обнаружения сигналов в диапазоне от постоянного тока до частот более 2 мГц: даже если частота гораздо больше или меньше звукового диапазона, в наушниках будут слышны щелчки каждый раз при нажатии или отпускании кнопки.

Соединённая в резистивный мост, полная схема изображена на нижнем рисунок.

Мост переменного тока с чувствительным детектором нуля.

Слушая сигнал в наушниках в то время как один или более резисторов в «плечах» моста отрегулированы, ожидают наступления баланса тогда, когда в наушниках перестанут быть слышны щелчки (или звуковой сигнал, если частота источника сигнала лежит в звуковом диапазоне).

Когда описывают общие мосты переменного тока, где импеданс, а не только сопротивления должны иметь правильные соотношения для выполнения условий баланса, иногда бывает полезно рисовать соответствующие узлы моста в виде квадратов, каждый из которых имеет определённый импеданс: (Рисунок внизу)

Обобщённый мост переменного тока: Z = общий комплексный импеданс.

Для этого обобщённого моста переменного тока выполнение условий баланса должно происходить в том случае, когда отношение импедансов каждой ветви равно:

Снова должно быть подчёркнуто, что импеданс в этом уравнении должен быть комплексный, рассчитанный для как для амплитуды, так и для фазы. Недостаточно, что бы мост был сбалансирован только по амплитуде сигнала; без балансировки фазы на выводах детектора нуля будет присутствовать напряжение, и мост не будет сбалансирован.

Мостовые схемы могут быть сконструированы для измерений почти любых параметров — ёмкости, индуктивности, сопротивления и даже добротности. Как и всегда в мостовых измерительных схемах, неизвестное значение всегда «балансируется» по известному стандарту, полученному из высококачественного, калиброванного компонента, значение с которого считывается при индикации на детекторе нуля баланса. В зависимости от того, как устроен мост, значение неизвестного компонента может быть получено с калиброванного элемента как напрямую, так и рассчитано по формуле.

Несколько простых мостовых схем показано ниже, одна для измерения индуктивности (Рисунок внизу), другая — для измерения ёмкости (Рисунок внизу):

Симметричный мост измеряет неизвестную индуктивность путём сравнения её со стандартной.

Симметричный мост измеряет неизвестную ёмкость путём сравнения её со стандартной.

Простые «симметричные» мосты, такие как эти названы так потому что они выглядят симметрично (зеркальная симметрия) слева направо. Две мостовые схемы, показанные вверху балансируются путём регулирования калиброванных реактивных элементов (Ls или Cs). Они немного упрощены по сравнению с их реальными схемами, например, на практике мост имеет калиброванный переменный резистор, соединённый последовательно или параллельно с реактивным компонентом для балансирования побочного сопротивления в измеряемом элементе. Но в гипотетическом мире совершенных компонент эти простые мостовые схемы прекрасно подходят для иллюстрации основной концепции.

Смотрите так же:  Снип заземление опор

Пример схемы с небольшим усложнением, добавленным для компенсации реальных неидеальностей может быть найден в так называемом Мосте Вина (Wien bridge), который использует параллельно соединённые стандартные конденсатор и резистор для балансировки неизвестного последовательного внутреннего сопротивления измеряемого конденсатора. (Рисунок внизу). Все конденсаторы имеют некоторое внутреннее сопротивление, активное или эквивалентное (из-за потерь в диэлектрике), которое портит их совершенную реактивную природу. Определение внутреннего сопротивления может являться интересным для измерений, так что мост Вина даёт это сделать путём балансирования составного импеданса:

Мост Вина измеряет ёмкость Cx и сопротивление Rx «реального» конденсатора.

Из-за того, что необходимо регулировать два компонента (резистор и конденсатор), этот мост требует чуть больше времени для балансировки, чем ранее рассмотренные. Комбинированный эффект от Rs и Cs выражается в том, что необходимо регулировать амплитуду и фазу до тех пор, пока мост не сбалансируется. Сбалансировав мост, значения Rs и Cs могут быть считаны с их калиброванных шкал, параллельный импеданс вычисляется математически, и неизвестные ёмкость и сопротивление вычисляются из уравнения баланса (Z1/Z2 = Z3/Z4).

При работе с мостом Вина предполагается, что стандартный конденсатор имеет пренебрежительно малое внутреннее сопротивление, или хотя бы это сопротивление известно, так что его значение можно использовать в уравнении баланса моста. Мосты Вина полезны для определения тока утечки электролитических конденсаторов, в которых внутреннее сопротивление относительно велико. Они так же могут быть использованы как частотомеры, так как балансировка моста зависит от частоты. В этом случае конденсатор используется постоянный, верхние по схеме два резистора — переменные и их настройка производится одной ручкой (т.е. резисторы — сдвоенные).

Интересная вариация этой темы находится в следующей мостовой схеме, используемой для точного измерения индуктивностей.

Мост Максвелла — Вина измеряет индуктивность по ёмкостному стандарту.

Эта остроумная мостовая схема известна как мост Максвелла — Вина (иногда её называют мост Максвелла ), она используется для измерения неизвестных индуктивностей с помощью калиброванных резистора и конденсатора (Рисунок вверху). Калиброванные катушки гораздо труднее производить, чем конденсаторы такой же точности, и таким образом применение «симметричного» индуктивного моста не всегда оправдано. Из-за того, что сдвиги фаз на индуктивностях и ёмкостях в точности противоположны друг другу, ёмкостный импеданс может скомпенсировать индуктивный импеданс, если они находятся в противоположных плечах моста, как в данном случае.

Другим преимуществом моста Максвелла для измерения индуктивностей по сравнению с симметричным мостом является то, что устраняются ошибки измерения из-за взаимодействия между двумя индуктивностями. Магнитные поля бывает трудно экранировать, и даже небольшая связь между катушками в мосте может вызвать при некоторых условиях существенные ошибки. Без второй индуктивности в мосте Максвелла эта проблема устраняется.

Для облегчения регулировок, стандартный конденсатор (Cs) и резистор, соединённый с ним в параллель (Rs) сделаны переменными, и они оба должны быть отрегулированы для получения баланса. Однако мост может быть сбалансирован и в том случае, если используется конденсатор постоянной ёмкости и более чем один резистор сделан переменным. Но в этом случае мост сбалансировать гораздо труднее, так как разные переменные резисторы взаимодействуют при балансировки амплитуды и фазы.

В отличии от чистого моста Вина, баланс моста Максвелла-Вина независим от частоты источника питающего сигнала, и в некоторых случаях этот мост может быть сбалансирован при наличии смеси частот в источнике питания переменного тока, при этом ограничивающим фактором является стабильность индуктивности в широком диапазоне частот.

Существует большое количество подобных схем, но их обсуждение здесь неуместно. Выпускаемые импедансные мосты общего назначения могут иметь более одной конфигурации для максимальной гибкости в использовании.

Потенциальной проблемой в чувствительных мостах переменного тока является паразитная ёмкость между выводами детектора нуля и землёй. Так как ёмкость может проводить переменный ток, заряжаясь и разряжаясь, то образовываются паразитные токи, которые проходят к источнику питания, что может влиять на баланс моста: (Рисунок внизу)

Паразитная ёмкость с землёй может быть причиной ошибки в мосте.

Существующие измерители частоты язычкового типа не точны, но точны их принципы работы. Вместо механического резонанса мы можем использовать электрический резонанс и сконструировать частотомер, используя индуктивность и ёмкость, соединённые в колебательный контур (индуктивность и ёмкость соединены параллельно). Один или более компонентов сделаны регулируемыми, и измеритель установлен в схему для индикации максимального напряжения, проходящего через эти два компонента. Ручки настройки калиброваны, что бы показывать резонансную частоту при любых заданных настройках, и частота считывается с них после регулировки по максимальному отклонению индикатора. По существу это настраиваемая фильтровая схема, которая регулируется и затем показания считываются похожим образом как и у мостовой схемы (которую мы балансируем по «нулевому» сигналу и затем считываем показания). Проблема усугубляется, если источник переменного тока хорошо заземлён на одном конце, то общее сопротивление токов утечки становится гораздо меньше, и любые токи утечки через эти паразитные ёмкости в результате возрастают: (Рисунок внизу)

Ошибки из-за паразитной ёмкости более сильны, если один вывод источника переменного тока заземлён.

Один из способов существенного понижения этого эффекта — держать детектор нуля под потенциалом земли, что бы между ним и землёй не образовывалось токов через ёмкости утечки. Однако напрямую соединить детектор нуля с землёй невозможно, так как это создаст прямой путь токам утечки, что станет ещё хуже ёмкостных токов утечек. Вместо этого может быть использован схема делителя напряжения, называемая землёй Вагнера или заземлением Вагнера, которая поддерживает детектор нуля на уровне потенциала земли и которой не нужно прямое соединения с ним. (Рисунок внизу)

Земля Вагнера для источника питания переменного тока минимизирует влияние паразитных ёмкостей на землю.

Схема земли Вагнера не более чем делитель напряжения, созданный для получения отношений напряжения и сдвига фазы такими же, как и на каждой стороне моста. Из-за того, что средняя точка делителя Вагнера напрямую заземлена, любые другие схемы делителей (включая каждую сторону моста) имеют те же самые отношения напряжений и фаз, что и делитель Вагнера и питаются от общего источника переменного тока, и все они находятся под потенциалом земли. Таким образом, делитель Вагнера вынуждает детектор нуля находиться вблизи потенциала земли, без прямого соединения между детектором и землёй.

Часто возникает необходимость в проверке режима правильности настройки схемы земли Вагнера. Для этого используется двухпозиционный переключатель (Рисунок внизу), соединённый так что один вывод детектора нуля может быть подключён как к мосту, так и к земле Вагнера. Когда детектор нуля фиксирует нулевой сигнал в обоих положениях переключателя, то мост не только гарантированно сбалансирован, но и детектор нуля гарантированно находится под нулевым потенциалом, что устраняет ошибки, возникающие из-за токов утечки через ёмкости детектор нуля — земля:

Переключение в верхнее по схеме положении даёт возможность настроить землю Вагнера.

Похожие статьи:

  • Крепление провода к щетке Конопаточный порошок для крепления токоведущего провода к щетке Номер патента: 609157 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик1 и 609157 1) Дополнительное к авт. свид-ву явлено 23.07.76 […]
  • Реле тока ртз-51 Реле тока РТЗ 51, РТЗ 51.01 +7–8352–371982 основной +7–8352–541396 факс +7–8352–678360 сотовый Реле тока с повышенной чувствительностью статических РТЗ 51, РТЗ 51.01 Реле РТЗ 51 и РТЗ 51.01 предназначены для использования […]
  • Крепление провода сип на изоляторах Вязки спиральные для крепления изолированных проводов Вязки спиральные (ТУ 3349-033-27560230-99) предназначены для крепления изолированных проводов типа СИП-3 (ТУ 16.К71-272-98) на изоляторах. Вязки изготавливаются для одиночного и […]
  • Как соединить провода от наушников с колонками Правильное подключение колонок к телевизору Бывает много случаев, когда необходимо подключить дополнительный источник звука к телевизору. Если рассматривать современные плоские модели, то они обделены хорошим звуком из-за дефицита места в […]
  • Магнитный пускатель с дистанционным управлением Устройство для дистанционного управления магнитным пускателем К.пасс 21 с, 58. X 58418 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Зарегистрировано в Бюро изобретений Госплана при СНК CCC P Устройство для дистанционного управления магнитным пускателем. jл […]
  • Понижающий трансформатор с 220 на 120 вольт Трансформаторы и дроссели Тороидальные трансформаторы (автотрансформаторы) "Штиль" серии ОСМ обеспечивают преобразование переменного тока одного напряжения в другое (или в другие). Предназначены для использования (комплектации при […]