AC matavimo tilteliai ir jų naudojimas

Kintamosios srovės grandinėse matavimo tikslais naudojamos tiltinės grandinės. Šios schemos leidžia nustatyti kondensatorių ir induktyvumo vertes, kondensatorių dielektrinių nuostolių kampo liestinę, taip pat ritių tarpusavio induktyvumus.

Kintamosios srovės tiltų matavimas yra visiškai skirtingos schemos, jos bus aptartos toliau. Populiariausi yra subalansuoti tiltai su keturiomis svirtimis, kur induktyvumo, talpos ir dielektrinių nuostolių liestinių matavimo procesus galima papildyti parazitinių parametrų kompensavimu.

Dvi kintamosios srovės matavimo tiltų grandinių grupės yra ypač išraiškingos: transformatoriniai tilteliai (su induktyviai sujungtomis svirtimis) ir talpiniai tilteliai. Talpiniai tilteliai yra grandinės su keturiomis pečiais, kuriose talpiniai ir aktyvieji elementai yra sumontuoti rankose. Transformatorių tiltams būdingas transformatoriaus antrinių apvijų buvimas dviejose rankose, kurios yra skirtos tiltui maitinti.

Kalbant apie talpines grandines, jos gali apimti ir pastovios talpos ir kintamos (aktyviosios) rezistorius, ir pastovius (aktyvius) rezistorius ir kintamąsias talpas. Pastovios talpos tiltelį pastatyti lengviau, nes jam nereikia specialiai pritaikytų kintamų kondensatorių, vietoj to yra pakankamai rezistorių (aktyviųjų varžų).

Dėl kintamų rezistorių tilto grandinė gali būti subalansuota reaktyviosios ir aktyviosios įtampos komponentų atžvilgiu. Vienas kintamasis rezistorius kalibruojamas pagal talpos reikšmes, kitas – pagal dielektrinių nuostolių liestinės reikšmes. Dėl to gaunama lygiavertė tiriamo kondensatoriaus serijinė grandinė. Ši lygybė atspindės šią tilto pusiausvyros būseną, o įsivaizduojamų ir realių dalių sulyginimas duos tik ieškomų dydžių vertes:

Tačiau iš tikrųjų parazitiniai parametrai visada atsiranda ir duoda klaidų jau esant garso dažniams. Parazitinės induktyvumo, talpos, laidumo priežastys yra šių klaidų šaltiniai, kyla grėsmė dielektrinių nuostolių kampo matavimo tikslumui. Šių veiksnių įtakos mažinimo priemonės yra pirmojo rezistoriaus neindukcinė ir talpinė apvija. Tačiau iš tikrųjų tiesiog būtina tinkamai kompensuoti šias įtakas.

Taigi, norint kompensuoti parazitinį induktyvumą, trimerio kondensatorius yra prijungtas lygiagrečiai su antruoju rezistoriumi. Be to, parazitinės talpos ir parazitinės varžos atsiranda dėl izoliacinių dalių ir transformatoriaus buvimo, todėl patį transformatorių būtina dvigubai ekranuoti.Siekiant sumažinti dalių talpos ir laidumo poveikį, jos gaminamos iš aukštos kokybės dielektrikų, tokių kaip fluoroplastas. Garso dažnių generatorius tinka kaip maitinimo šaltinis.

Tiltuose naudojamos pastovios varžos suteikia pranašumą: nereikia kalibruoti kintamo rezistoriaus. Ginkluose yra tik pastovi varža, pastovus kondensatorius ir kintamieji kondensatoriai. Jų galimybes galima išmatuoti tiesiogiai. Tiriama talpa tiesiog prijungiama prie gnybtų, po to tiltelis subalansuojamas reguliuojant kintamus kondensatorius.Skaičiavimai atliekami pagal formules, iš kurių matyti, kad liestinės skalė gaunama tiesiai iš formulės. su kintama talpa, nes varža ir dažnis nesikeičia:

Matavimo tilteliai su indukciniu būdu sujungtomis svirtimis (transformatorių tilteliai) yra pranašesni už talpinius tiltus keliais aspektais: didesnis jautrumas liestinės ir talpos požiūriu, maža parazitinių laidų įtaka, sujungta, šiaip ar taip, lygiagrečiai su atramomis.

Kelių sekcijų transformatoriai gali labai išplėsti tilto veikimo diapazoną (matavimo skalę). Yra keletas tipiškų transformatorinių tiltų konstrukcijų, tačiau populiariausias yra dvigubas transformatorinis tiltas:

Grandinė pilnai reguliuojama surašant apsisukimų skaičių; jam nereikia kintamų kondensatorių ar kintamų rezistorių. Tokiu būdu galima sukurti skaitiklius su dideliu kelių sekcijų transformatorių asortimentu, o pavyzdinių elementų reikia minimaliai.

Čia grandinės yra galvaniškai izoliuotos, tai yra akivaizdu, kad trukdžiai dėl parazitinių jungčių yra minimalūs, todėl jungiamieji laidai gali būti gana ilgi. Kai tiltas yra pusiausvyroje, galioja šios lygtys:

Kaip žinote, matuojant kondensatorių talpas, išryškėja aktyvieji nuostoliai dielektrinių nuostolių tangento pavidalu. Taigi, pagal šį parametrą, kondensatoriai yra suskirstyti į tris grupes (ir atitinkamai ekvivalentinės grandinės šiuo dažniu skiriasi):

Šie santykiai atspindi kondensatoriaus varžą kintamosios srovės grandinėje ir jo liestinę nuosekliose ir lygiagrečiose ekvivalentinėse grandinėse:

Nenuostolingo kondensatoriaus talpos matavimas atliekamas pagal šią schemą, kur dvi aktyvios petys nustato matavimo ribas pagal savo verčių santykį, o mėginio talpa yra kintama. Čia matavimo procese parenkami rezistorių santykiai, keičiama imties talpos reikšmė. Tilto pusiausvyros išraiška yra tokia:

Mažo nuostolio talpos matavimas atliekamas pagal kondensatoriaus keitimo sekos schemą, o tilto balansavimas keičiant talpą ir aktyviąją varžą, pasiekiant minimalų nulinio indikatoriaus skalės rodmenį. Lygybės sąlyga pateikia tokias išraiškas:

Kondensatoriai su dideliais dielektriniais nuostoliais reikalauja, kad lygiagrečioje grandinėje varža būtų prijungta lygiagrečiai su mėginiu pagal aukščiau pateiktą schemą. Tangento formulė atrodys taip:

Taigi, naudojant tiltelius, galima išmatuoti tikrų kondensatorių talpas, kurių vardinės vertės yra nuo pF vienetų iki dešimčių mikrofaradų ir dideliu tikslumu (nuo 1 iki 3 dydžių eilučių).

Matuojant induktyvumą aukščiau aprašytu metodu, galima palyginti su talpomis, o nebūtinai su induktyvumu, nes sukurti tikslią kintamą induktyvumą nėra lengva užduotis. Taigi vietoj induktorių jie naudoja pavyzdines talpos ekvivalentines grandines. Pusiausvyros sąlyga leidžia rasti varžą ir induktyvumą, rezultatas rašomas tokia forma:

Taip pat galite rasti Q faktorių:

Žinoma, posūkio į posūkį talpa sukels nedidelius iškraipymus, tačiau jie dažnai būna nereikšmingi.