Cầu đo AC và công dụng của chúng

Trong mạch điện xoay chiều, mạch cầu được sử dụng cho mục đích đo lường. Các sơ đồ này giúp xác định các giá trị của tụ điện và độ tự cảm, tiếp tuyến của góc tổn thất điện môi của tụ điện, cũng như độ tự cảm lẫn nhau của các cuộn dây.

Đo cầu AC là các chương trình hoàn toàn khác nhau, chúng sẽ được thảo luận dưới đây. Phổ biến nhất là các cầu cân bằng có bốn nhánh, trong đó các quá trình đo điện cảm, điện dung và tiếp tuyến tổn thất điện môi có thể đi kèm với việc bù các tham số ký sinh.

Hai nhóm mạch cầu đo AC đặc biệt biểu cảm: cầu biến áp (với các nhánh ghép cảm ứng) và cầu điện dung. Cầu điện dung là mạch có bốn nhánh trong đó các phần tử điện dung và tích cực được lắp đặt trong các nhánh. Cầu máy biến áp được đặc trưng bởi sự hiện diện của cuộn dây thứ cấp máy biến áp ở hai nhánh dùng để cấp nguồn cho cầu.

Đối với các mạch điện dung, chúng có thể bao gồm cả điện trở không đổi và điện trở (hoạt động) không đổi, cũng như điện trở không đổi (hoạt động) và điện dung thay đổi. Cầu điện dung không đổi dễ xây dựng hơn vì nó không cần tụ điện thay đổi được xếp hạng đặc biệt, thay vào đó có đủ nguồn cung cấp điện trở (điện trở hoạt động).

Nhờ các biến trở, mạch cầu có thể được cân bằng đối với các thành phần điện áp phản kháng và hoạt động. Một biến trở được hiệu chỉnh theo giá trị điện dung, biến trở còn lại theo giá trị tiếp tuyến tổn thất điện môi. Kết quả là, thu được một mạch nối tiếp tương đương của tụ điện được nghiên cứu. Đẳng thức sau đây sẽ phản ánh trạng thái cân bằng này của cây cầu, và việc đánh đồng phần ảo và phần thực sẽ chỉ cho giá trị của các đại lượng cần tìm:

Nhưng trong thực tế, các tham số ký sinh luôn xuất hiện và đưa ra các lỗi ở tần số âm thanh. Độ tự cảm, điện dung, độ dẫn ký sinh là nguồn gốc của các lỗi này, độ chính xác của phép đo góc tổn thất điện môi bị đe dọa. Các biện pháp để giảm ảnh hưởng của các yếu tố này là cuộn dây không cảm ứng và điện dung của điện trở đầu tiên. Nhưng trên thực tế, nó chỉ đơn giản là cần thiết để bù đắp cho những ảnh hưởng này.

Vì vậy, để bù cho điện cảm ký sinh, tụ điện trimer được kết nối song song với điện trở thứ hai. Ngoài ra, điện dung ký sinh và điện trở ký sinh phát sinh từ sự hiện diện của các bộ phận cách điện và máy biến áp, vì vậy cần phải che chắn kép cho chính máy biến áp.Để giảm ảnh hưởng của điện dung và độ dẫn điện của các bộ phận, chúng được làm bằng chất điện môi chất lượng cao, chẳng hạn như fluoroplastic. Máy phát tần số âm thanh phù hợp làm nguồn điện.

Các điện trở không đổi được sử dụng trong các cây cầu mang lại một lợi thế: không cần hiệu chỉnh một biến trở. Trong các vòng dây chỉ có điện trở không đổi, tụ điện không đổi và tụ điện có thể thay đổi được. Có thể trực tiếp đo lường khả năng của họ. Điện dung đang nghiên cứu được kết nối đơn giản với các cực, sau đó cầu được cân bằng bằng cách điều chỉnh các tụ điện thay đổi. Việc tính toán được thực hiện theo các công thức mà từ đó có thể thấy rằng thang đo cho tiếp tuyến được lấy trực tiếp từ công thức có điện dung thay đổi được vì điện trở và tần số không đổi:

Cầu đo với các nhánh kết nối cảm ứng (cầu biến áp) vượt trội so với cầu điện dung ở một số khía cạnh: độ nhạy cao hơn về mặt tiếp tuyến và điện dung, ảnh hưởng thấp của độ dẫn ký sinh được kết nối song song với các nhánh.

Máy biến áp nhiều phần có thể mở rộng đáng kể phạm vi hoạt động (thang đo) của cầu. Có một số thiết kế cầu biến áp điển hình, nhưng phổ biến nhất là cầu biến áp kép:

Chuỗi được điều chỉnh đầy đủ bằng cách liệt kê số lượt; nó không cần tụ biến hoặc điện trở thay đổi. Bằng cách này, có thể tạo ra các công tơ với phạm vi lớn của máy biến áp nhiều phần và yêu cầu tối thiểu các phần tử mẫu.

Ở đây, các mạch được cách ly về mặt điện, nghĩa là rõ ràng nhiễu do kết nối ký sinh là tối thiểu, do đó dây kết nối có thể tương đối dài. Các phương trình sau đúng khi cây cầu ở trạng thái cân bằng:

Như bạn đã biết, khi đo điện dung của tụ điện, tổn thất hoạt động ở dạng tiếp tuyến tổn thất điện môi được đặt lên hàng đầu. Vì vậy, theo tham số này, các tụ điện được chia thành ba nhóm (và các mạch tương đương, tương ứng, ở tần số này khác nhau):

Các tỷ số sau đây phản ánh trở kháng của tụ điện trong mạch điện xoay chiều và tiếp tuyến của nó trong mạch tương đương nối tiếp và song song:

Việc đo điện dung của tụ điện không tổn thất được thực hiện theo sơ đồ sau, trong đó hai nhánh hoạt động xác định giới hạn đo theo tỷ lệ giữa các giá trị của chúng và điện dung mẫu có thể thay đổi. Ở đây, trong quá trình đo, tỷ lệ của các điện trở được chọn, giá trị của điện dung mẫu được thay đổi. Biểu thức cân bằng cầu là:

Phép đo điện dung tổn thất thấp được thực hiện theo sơ đồ trình tự thay thế tụ điện, đồng thời cân bằng cầu bằng cách thay đổi điện dung và điện trở hoạt động, đạt đến số đọc tối thiểu của thang đo chỉ số 0. Điều kiện bình đẳng cho các biểu thức sau:

Các tụ điện có tổn thất điện môi đáng kể yêu cầu trong mạch tương đương, điện trở được nối song song với mẫu, theo sơ đồ trên. Công thức cho tiếp tuyến sẽ như thế này:

Vì vậy, sử dụng các cầu nối, có thể đo điện dung của các tụ điện thực với các giá trị danh định từ đơn vị pF đến hàng chục microfarad và với độ chính xác cao (từ 1 đến 3 bậc độ lớn).

Bằng cách đo độ tự cảm bằng cách sử dụng phương pháp được mô tả ở trên, có thể so sánh với điện dung và không nhất thiết với độ tự cảm, vì việc tạo ra một độ tự cảm thay đổi chính xác không phải là một nhiệm vụ dễ dàng. Vì vậy, họ sử dụng các mạch tương đương điện dung mẫu thay vì cuộn cảm. Điều kiện cân bằng cho phép bạn tìm điện trở và độ tự cảm, kết quả được viết ở dạng sau:

Bạn cũng có thể tìm thấy yếu tố Q:

Tất nhiên, điện dung xoay chiều sẽ tạo ra các biến dạng nhỏ, nhưng những biến dạng này thường không đáng kể.