số đo cầu

Mạch cầu — sơ đồ kết nối các phần tử của mạch điện (điện trở, điốt chỉnh lưu, v.v.), được đặc trưng bởi sự hiện diện của một nhánh cầu giữa hai điểm của mạch không được kết nối trực tiếp với nguồn năng lượng điện. Mạch cầu dựa trên mạch Cầu Wheatstone (Hình 1).

Nguyên lý hoạt động của mạch cầu dựa trên thực tế là khi tỷ lệ trở kháng trong các nhánh của cầu bằng За / Зб = ЗНС/Зд thì không có dòng điện trong đường chéo của cầu (trong thiết bị chỉ báo ). Bằng cách tăng độ nhạy của chỉ báo zero, có thể đạt được sự cân bằng rất chính xác của tỷ số trở kháng trong mạch cầu. Phép đo cầu dựa trên nguyên tắc này.

Cơm. 1. Sơ đồ cầu (Sơ đồ cầu Wheatstone)

Nguồn cấp cho mạch cầu có thể là nguồn DC hoặc AC. Cân bằng cầu hoàn toàn không phụ thuộc vào dao động điện áp nguồn.

Phép đo cầu - Phương pháp đo các tham số của mạch điện một chiều (điện trở một chiều, dòng điện) và dòng điện xoay chiều (điện trở hoạt động, điện dung, điện cảm, điện cảm lẫn nhau, tần số, góc suy hao, hệ số chất lượng, v.v.) bằng phương pháp chuỗi cầu. Các phép đo cầu cũng được sử dụng rộng rãi cho các phép đo điện của các đại lượng phi điện sử dụng cảm biến — bộ chuyển đổi trung gian của đại lượng được đo thành một tham số liên quan đến chức năng của mạch điện.

Các phép đo cầu được thực hiện bằng cách sử dụng các cầu đo (lắp đặt cầu) thuộc danh mục thiết bị so sánh. Nói chung, chúng dựa trên việc sử dụng một mạch điện nhất định bao gồm một số điện trở đã biết và một điện trở (đo được) chưa biết, được cung cấp bởi một nguồn duy nhất và được trang bị một thiết bị chỉ báo.

Bằng cách thay đổi các điện trở đã biết, mạch này được điều chỉnh cho đến khi đạt đến một mức nhất định, được biểu thị bằng con trỏ, phân bố điện áp trong các phần riêng lẻ của mạch. Rõ ràng là một tỷ lệ điện áp nhất định cũng tương ứng với một tỷ lệ xác định của điện trở mạch, nhờ đó có thể tính toán điện trở chưa biết nếu biết các điện trở khác.

Trong lịch sử, phiên bản đầu tiên, đơn giản nhất và phổ biến nhất của phép đo cầu được thực hiện bằng cầu cân bằng có bốn nhánh, là một mạch vòng gồm 4 điện trở (cầu "cánh tay"), trong đó nguồn điện và con trỏ được kết nối theo đường chéo đến các đỉnh đối diện, dưới dạng «cầu nối» (hình 2).

Cơm. 2.

Nếu thỏa mãn điều kiện R1R3 = R2R4 (tương ứng là Z1Z3 = Z2Z4 ở dòng điện xoay chiều), điện áp ở đầu ra của mạch cầu (không phụ thuộc vào điện áp nguồn) bằng 0 (Ucd = 0), nghĩa là cầu là " cân bằng «, được biểu thị bằng con trỏ 0 .

Trạng thái ổn định của cầu DC tương ứng với điều kiện R1R3 = R2R4 có thể đạt được bằng cách chỉ điều chỉnh một thông số thay đổi và cũng chỉ cho phép xác định một điện trở chưa biết.

Để đạt được trạng thái cân bằng dòng điện xoay chiều phức tạp Z1Z3 = Z2Z4, phân hủy khi các giá trị phức tạp của điện trở Z = R + jx được thay thế thành hai điều kiện độc lập, ít nhất hai thông số biến đổi phải được điều chỉnh. Trong trường hợp này, có thể xác định đồng thời hai thành phần của điện trở phức (ví dụ: L và R hoặc L và Q, C và tgφ, v.v.).

Nhiều loại cầu xoay chiều bốn nhánh là cầu cộng hưởng... Ngoài bốn nhánh, các sơ đồ cầu phức tạp hơn được sử dụng - cầu đôi trên dòng điện một chiều (Hình 3) và nhiều nhánh (sáu hoặc bảy nhánh) - trên dòng điện xoay chiều hiện tại (ví dụ, Hình 4) . Tất nhiên, các điều kiện cân bằng cho các mạch này khác với các điều kiện đã cho ở trên.

Cơm. 3.

Cơm. 4.

Cầu có thể được sử dụng ở cả chế độ cân bằng và không cân bằng. Trong trường hợp thứ hai, kết quả đo được xác định mà không cần điều chỉnh điện trở, trực tiếp từ dòng điện hoặc điện áp ở đầu ra của mạch cầu, là các chức năng của điện trở đo được và điện áp nguồn (điện áp sau phải ổn định). Thiết bị đầu ra được hiệu chỉnh trực tiếp trong giá trị đo được.

Các phép đo cầu AC có thể được sử dụng ở hai chế độ nữa: cân bằng gần đúng và nửa cân bằng. Loại thứ hai được đặc trưng bởi thực tế là mạch bốn nhánh thông thường (Hình 2) được điều chỉnh chỉ bằng một tham số thay đổi cho đến khi đạt được điện áp đầu ra tối thiểu (cân bằng hoàn toàn, tức là Ucd = 0, yêu cầu cài đặt hai tham số, trong trường hợp này là không thể truy cập được).

Thời điểm đạt đến điện áp tối thiểu Ucd có thể được xác định trực tiếp từ một con trỏ đơn giản ở đầu ra của mạch, hoặc chính xác hơn - gián tiếp - dựa trên, ví dụ, mối quan hệ pha của các vectơ điện áp của mạch cầu xảy ra tại thời điểm đó của nửa cân bằng.

Trong trường hợp thứ hai, thiết bị thử nghiệm và chỉ báo tương tự như thiết bị được sử dụng trong chế độ gần như cân bằng. Các thành phần của điện trở đo được xác định: một — từ giá trị của tham số biến đổi tại thời điểm bán cân bằng, thành phần còn lại — từ điện áp đầu ra của cầu. Điện áp cung cấp phải được ổn định.

Việc cân bằng cầu đo có thể được thực hiện trực tiếp bởi con người (cầu có hướng dẫn thủ công) và với sự trợ giúp của thiết bị tự động (cầu đo tự động).

Các phép đo cầu được sử dụng cả để đo các giá trị điện trở và để xác định độ lệch của các giá trị này so với một giá trị danh nghĩa nhất định. Chúng là một trong những phương pháp đo lường phổ biến và tiên tiến nhất. Các cầu nối sản xuất hàng loạt có cấp độ chính xác từ 0,02 đến 5 đối với dòng điện một chiều và từ 0,1 đến 5 đối với dòng điện xoay chiều.