Мосты сопротивления по переменному току.

Для измерения ёмкости, индуктивности применяют уравновешенные мосты переменного тока. Результаты измерений этих величин зависят от частоты питающего напряжения, поэтому измерения обычно производят на определённой заданной частоте.

Принципиальная схема измерительного моста переменного тока подобна схеме уравновешенных мостов по постоянному току с той лишь разницей, что каждое плечо моста может содержать индуктивность, ёмкость и сопротивление. Уравновешивание моста достигается регулировкой не одного, а двух элементов, так как равновесие такого моста зависит от соотношения полных сопротивлений (импедансов) его плеч, которые при наличии в них ёмкостей и индуктивностей являются комплексными величинами. Значения измеряемых величин определяют из условия равновесия моста. Наиболее распространенные измерительные мосты переменного тока рассчитаны на измерения либо на сетевой частоте 50-60 Гц, либо на звуковых частотах (обычно вблизи 1000 Гц), специализированные же измерительные мосты работают на частотах до 100 МГц.

Зачастую в измерительных мостах переменного тока вместо двух плеч, точно задающих отношение напряжений, используется трансформатор.

ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ МОСТ.

Одно из преимуществ измерительных мостов переменного тока – простота задания точного отношения напряжений посредством трансформатора. В отличие от делителей напряжения, построенных из резисторов, конденсаторов или катушек индуктивности, трансформаторы в течение длительного времени сохраняют постоянным установленное отношение напряжений и редко требуют повторной калибровки. На рис. 4 представлена схема трансформаторного измерительного моста для сравнения двух однотипных полных сопротивлений. К недостаткам трансформаторного измерительного моста можно отнести то, что отношение, задаваемое трансформатором, в какой-то степени зависит от частоты сигнала. Это приводит к необходимости проектировать трансформаторные измерительные мосты лишь для ограниченных частотных диапазонов, в которых гарантируется паспортная точность.

 К исключениям из этого правила относится измерительный мост Максвелла–Вина.

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ МОСТ МАКСВЕЛЛА – ВИНА.

Такой измерительный мост позволяет сравнивать эталоны индуктивности (L) с эталонами емкости на не известной точно рабочей частоте. Эталоны емкости применяются в измерениях высокой точности, поскольку они конструктивно проще прецизионных эталонов индуктивности, более компактны, их легче экранировать, и они практически не создают внешних электромагнитных полей. Условия равновесия этого измерительного моста таковы:

L_x = R ₂ R ₃ C ₁

и R_x = (R ₂ R ₃) / R ₁. Мост уравновешивается даже в случае «нечистого» источника питания (т.е. источника сигнала, содержащего гармоники основной частоты), если величина L_x не зависит от частоты.

Измерительные мосты необходимо тщательно заземлять и экранировать, чтобы паразитные емкости между разными частями схемы моста не вносили ошибку уравновешивания. В измерительных мостах переменного тока чаще всего применяются нуль-детекторы двух типов.

 Первый тип представляет собой резонансный усилитель с аналоговым выходным прибором, показывающим уровень сигнала.

Второй тип - это фазочувствительный детектор, который разделяет сигнал разбаланса на активную и реактивную составляющие и пригоден в тех случаях, когда требуется точно уравновешивать только одну из неизвестных составляющих (скажем, индуктивность L, но не сопротивление R катушки индуктивности).

Процесс уравновешивания мостов современных моделей автоматизирован, и результат измерений представляется в виде числа на отсчётном устройстве. Такие приборы называют цифровыми мостами.