Μετρήσεις γέφυρας

Κύκλωμα γέφυρας - ένα σχέδιο για τη σύνδεση των στοιχείων ενός ηλεκτρικού κυκλώματος (αντιστάσεις, διόδους ανορθωτή κ.λπ.), που χαρακτηρίζεται από την παρουσία ενός κλάδου γέφυρας μεταξύ δύο σημείων του κυκλώματος που δεν συνδέονται άμεσα με την πηγή ηλεκτρικής ενέργειας. Το κύκλωμα γέφυρας βασίζεται στο κύκλωμα της γέφυρας Wheatstone (Εικ. 1).

Η αρχή λειτουργίας του κυκλώματος γέφυρας βασίζεται στο γεγονός ότι όταν ο λόγος των σύνθετων αντιστάσεων στους βραχίονες της γέφυρας είναι ίσος με Για / Зб = ЗНС/Зд, δεν υπάρχει ρεύμα στη διαγώνιο της γέφυρας (στη συσκευή ένδειξης ). Αυξάνοντας την ευαισθησία του μηδενικού δείκτη, είναι δυνατό να επιτευχθεί πολύ ακριβής ισότητα των λόγων σύνθετης αντίστασης στο κύκλωμα της γέφυρας. Οι μετρήσεις γεφυρών βασίζονται σε αυτήν την αρχή.

Ρύζι. 1. Διάγραμμα Γέφυρας (Διάγραμμα Γέφυρας Wheatstone)

Τα τροφοδοτικά για τα κυκλώματα γέφυρας μπορεί να είναι είτε πηγές DC είτε AC. Η εξισορρόπηση της γέφυρας είναι εντελώς ανεξάρτητη από τις διακυμάνσεις της τάσης τροφοδοσίας.

Μετρήσεις γέφυρας — Μέθοδοι για τη μέτρηση των παραμέτρων των ηλεκτρικών κυκλωμάτων συνεχούς ρεύματος (αντίσταση συνεχούς ρεύματος, ρεύμα) και εναλλασσόμενου ρεύματος (ενεργητική αντίσταση, χωρητικότητα, επαγωγή, αμοιβαία επαγωγή, συχνότητα, γωνία απώλειας, συντελεστής ποιότητας κ.λπ.) μέσω αλυσίδες γεφυρών. Οι μετρήσεις γεφυρών χρησιμοποιούνται επίσης ευρέως για ηλεκτρικές μετρήσεις μη ηλεκτρικών μεγεθών με τη χρήση αισθητήρων — ενδιάμεσων μετατροπέων της μετρούμενης ποσότητας σε μια λειτουργικά σχετική παράμετρο του ηλεκτρικού κυκλώματος.

Οι μετρήσεις γεφυρών πραγματοποιούνται με τη χρήση γεφυρών μέτρησης (εγκαταστάσεις γεφυρών) που ανήκουν στην κατηγορία των συσκευών σύγκρισης. Γενικά, βασίζονται στη χρήση ενός συγκεκριμένου ηλεκτρικού κυκλώματος που αποτελείται από πολλές γνωστές και μία άγνωστη (μετρούμενη) αντίσταση, που τροφοδοτείται από μία μόνο πηγή και είναι εξοπλισμένο με συσκευή ένδειξης.

Με την αλλαγή των γνωστών αντιστάσεων, αυτό το κύκλωμα ρυθμίζεται έως ότου επιτευχθεί μια ορισμένη, υποδεικνυόμενη από τον δείκτη, κατανομή των τάσεων σε επιμέρους τμήματα του κυκλώματος. Είναι προφανές ότι μια δεδομένη αναλογία τάσεων αντιστοιχεί επίσης σε μια καθορισμένη αναλογία αντιστάσεων κυκλώματος, με την οποία είναι δυνατός ο υπολογισμός της άγνωστης αντίστασης εάν οι άλλες αντιστάσεις είναι γνωστές.

Ιστορικά, η πρώτη, απλούστερη και πιο κοινή εκδοχή των μετρήσεων της γέφυρας πραγματοποιήθηκε μέσω μιας ισορροπημένης γέφυρας με τέσσερις βραχίονες, η οποία είναι ένα κύκλωμα δακτυλίου 4 αντιστάσεων (γέφυρες "βραχίονας"), στο οποίο συνδέονται το τροφοδοτικό και ο δείκτης διαγώνια προς απέναντι κορυφές, με τη μορφή «γέφυρες» (εικ. 2).

Ρύζι. 2.

Εάν πληρούται η συνθήκη R1R3 = R2R4 (αντίστοιχα, Z1Z3 = Z2Z4 σε εναλλασσόμενο ρεύμα), η τάση στην έξοδο του κυκλώματος γέφυρας (ανεξάρτητα από την τάση τροφοδοσίας) είναι μηδέν (Ucd = 0), δηλαδή η γέφυρα είναι " ισορροπημένο «, το οποίο υποδεικνύεται με μηδενικό δείκτη .

Η σταθερή κατάσταση της γέφυρας συνεχούς ρεύματος που αντιστοιχεί στην συνθήκη R1R3 = R2R4 μπορεί να επιτευχθεί ρυθμίζοντας μόνο μία μεταβλητή παράμετρο και επιτρέπει επίσης να προσδιοριστεί μόνο μία άγνωστη αντίσταση.

Για να επιτευχθεί η κατάσταση ισορροπίας μιγαδικού εναλλασσόμενου ρεύματος Z1Z3 = Z2Z4, η οποία αποσυντίθεται όταν οι μιγαδικές τιμές των αντιστάσεων Z = R + jx αντικαθίστανται σε δύο ανεξάρτητες συνθήκες, πρέπει να ρυθμιστούν τουλάχιστον δύο μεταβλητές παράμετροι. Σε αυτή την περίπτωση, είναι δυνατός ο ταυτόχρονος προσδιορισμός δύο συνιστωσών της μπλοκ αντίστασης (για παράδειγμα, L και R ή L και Q, C και tgφ, κ.λπ.).

Μια ποικιλία γεφυρών εναλλασσόμενου ρεύματος τεσσάρων βραχιόνων είναι γέφυρες συντονισμού... Εκτός από τους τέσσερις βραχίονες, χρησιμοποιούνται πιο περίπλοκα σχήματα γεφυρών - διπλές γέφυρες σε συνεχές ρεύμα (Εικ. 3) και πολλαπλοί βραχίονες (έξι ή επτά βραχίονες) - σε εναλλασσόμενο ρεύμα (για παράδειγμα, Εικ. 4) . Οι συνθήκες ισορροπίας για αυτά τα κυκλώματα, φυσικά, διαφέρουν από αυτές που δίνονται παραπάνω.

Ρύζι. 3.

Ρύζι. 4.

Οι γέφυρες μπορούν να χρησιμοποιηθούν τόσο σε ισορροπημένη όσο και σε μη ισορροπημένη λειτουργία. Στην τελευταία περίπτωση, το αποτέλεσμα της μέτρησης προσδιορίζεται χωρίς ρύθμιση των αντιστάσεων, απευθείας από το ρεύμα ή την τάση στην έξοδο του κυκλώματος γέφυρας, που είναι συναρτήσεις της μετρούμενης αντίστασης και της τάσης τροφοδοσίας (η τελευταία πρέπει να είναι σταθερή). Η συσκευή εξόδου βαθμονομείται απευθείας στη μετρούμενη τιμή.

Οι μετρήσεις γέφυρας εναλλασσόμενου ρεύματος μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε δύο ακόμη τρόπους: σχεδόν ισορροπημένο και μισό ισορροπημένο. Το τελευταίο χαρακτηρίζεται από το γεγονός ότι το συμβατικό κύκλωμα τεσσάρων βραχιόνων (Εικ. 2) ρυθμίζεται χρησιμοποιώντας μόνο μία μεταβλητή παράμετρο έως ότου επιτευχθεί η ελάχιστη τάση εξόδου (πλήρης ισορροπία, δηλ. Ucd= 0, που απαιτεί τη ρύθμιση δύο παραμέτρων, σε αυτή την περίπτωση είναι απρόσιτο).

Η στιγμή επίτευξης της ελάχιστης τάσης Ucd μπορεί να προσδιοριστεί απευθείας από έναν απλό δείκτη στην έξοδο του κυκλώματος, ή ακριβέστερα — έμμεσα — με βάση, για παράδειγμα, τις σχέσεις φάσης των διανυσμάτων τάσης του κυκλώματος γέφυρας που συμβαίνουν τη στιγμή της μισής ισορροπίας.

Στη δεύτερη περίπτωση, ο πειραματικός και ο ενδεικτικός εξοπλισμός είναι παρόμοιος με εκείνον που χρησιμοποιείται στον σχεδόν ισορροπημένο τρόπο λειτουργίας. Οι συνιστώσες της μετρούμενης αντίστασης προσδιορίζονται: το ένα — από την τιμή της μεταβλητής παραμέτρου τη στιγμή της μισής ισορροπίας, το άλλο — από την τάση εξόδου της γέφυρας. Η τάση τροφοδοσίας πρέπει να σταθεροποιηθεί.

Η εξισορρόπηση των γεφυρών μέτρησης μπορεί να γίνει τόσο απευθείας από άτομο (γέφυρες με χειροκίνητη καθοδήγηση) όσο και με τη βοήθεια αυτόματης συσκευής (αυτόματες γέφυρες μέτρησης).

Οι μετρήσεις γέφυρας χρησιμοποιούνται τόσο για τη μέτρηση των τιμών αντίστασης όσο και για τον προσδιορισμό των αποκλίσεων αυτών των τιμών από μια δεδομένη ονομαστική τιμή. Είναι από τις πιο κοινές και προηγμένες μεθόδους μέτρησης. Οι γέφυρες που παράγονται σε σειρά έχουν κλάσεις ακρίβειας από 0,02 έως 5 για ρεύμα συνεχούς ρεύματος και από 0,1 έως 5 για εναλλασσόμενο ρεύμα.