מדידות גשר

מעגל גשר - תכנית לחיבור אלמנטים של מעגל חשמלי (התנגדות, דיודות מיישר וכו'), המאופיינת בנוכחות של ענף גשר בין שתי נקודות של המעגל שאינן מחוברות ישירות למקור האנרגיה החשמלית. מעגל הגשר מבוסס על מעגל גשר וויטסטון (איור 1).

עקרון הפעולה של מעגל הגשר מבוסס על העובדה שכאשר יחס העכבות בזרועות הגשר שווה ל-За / Зб = ЗНС/Зд אין זרם באלכסון של הגשר (במכשיר החיווי ). על ידי הגדלת הרגישות של מחוון האפס, ניתן להשיג שוויון מדויק מאוד של יחסי העכבה במעגל הגשר. מדידות גשר מבוססות על עיקרון זה.

אורז. 1. דיאגרמת גשר (דיאגרמת גשר וויאטסטון)

ספקי כוח למעגלי גשר יכולים להיות מקורות DC או AC. איזון הגשר אינו תלוי לחלוטין בתנודות מתח האספקה.

מדידות גשר - שיטות למדידת פרמטרים של מעגלים חשמליים של זרם ישר (התנגדות DC, זרם) ושל זרם חילופין (התנגדות פעילה, קיבול, השראות, השראות הדדית, תדר, זווית הפסד, גורם איכות וכו') באמצעות שרשראות גשרים. מדידות גשרים נמצאות בשימוש נרחב גם למדידות חשמליות של כמויות לא חשמליות באמצעות חיישנים - ממירי ביניים של הכמות הנמדדת לפרמטר הקשור לתפקוד של המעגל החשמלי.

מדידות גשרים מתבצעות באמצעות גשרי מדידה (מתקני גשרים) השייכים לקטגוריית מכשירי השוואה. באופן כללי, הם מבוססים על שימוש במעגל חשמלי מסוים המורכב מכמה התנגדות ידועה ואחת לא ידועה (נמדדת), המופעלת על ידי מקור יחיד ומצוידת בהתקן חיווי.

על ידי שינוי ההתנגדויות הידועות, מעגל זה מותאם עד שמגיעים לפיזור מסוים, המצוין על ידי המצביע, של מתחים בחלקים בודדים של המעגל. ברור שיחס נתון של מתחים מתאים גם ליחס מוגדר של התנגדויות מעגל, שבאמצעותו ניתן לחשב את ההתנגדות הלא ידועה אם ההתנגדויות האחרות ידועות.

מבחינה היסטורית, הגרסה הראשונה, הפשוטה והנפוצה ביותר של מדידות גשר התממשה באמצעות גשר מאוזן בעל ארבע זרועות, שהוא מעגל טבעת של 4 נגדים ("גשרי זרוע"), שבו מחוברים ספק הכוח והמצביע. באלכסון לקודקודים מנוגדים, בצורת "גשרים" (איור 2).

אורז. 2.

אם מתקיים התנאי R1R3 = R2R4 (בהתאמה, Z1Z3 = Z2Z4 בזרם חילופין), המתח במוצא מעגל הגשר (ללא קשר למתח האספקה) הוא אפס (Ucd = 0), כלומר, הגשר הוא " מאוזן «, אשר מסומן על ידי מצביע אפס .

ניתן להשיג את המצב היציב של גשר DC התואם למצב R1R3 = R2R4 על ידי התאמת פרמטר משתנה אחד בלבד וגם מאפשר לקבוע רק התנגדות לא ידועה אחת.

על מנת להשיג את מצב שיווי המשקל המורכב של זרם חילופין Z1Z3 = Z2Z4, שמתפרק כאשר הערכים המורכבים של ההתנגדויות Z = R + jx מוחלפים לשני תנאים בלתי תלויים, יש להתאים לפחות שני פרמטרים משתנים. במקרה זה, ניתן לקבוע בו זמנית שני מרכיבים של ההתנגדות המורכבת (לדוגמה, L ו-R או L ו-Q, C ו-tgφ וכו ').

מגוון של גשרי AC ארבע זרועות הם גשרי תהודה... בנוסף לארבע זרועות, נעשה שימוש בסכימות גשרים מורכבות יותר - גשרים כפולים על זרם ישר (איור 3) וזרועות מרובות (שש או שבע זרועות) - על חילופין זרם (לדוגמה, איור 4). תנאי שיווי המשקל עבור מעגלים אלה, כמובן, שונים מאלה שניתנו לעיל.

אורז. 3.

אורז. 4.

ניתן להשתמש בגשרים גם במצב מאוזן וגם במצב לא מאוזן. במקרה האחרון, תוצאת המדידה נקבעת ללא התאמת ההתנגדויות, ישירות מהזרם או המתח במוצא מעגל הגשר, שהן פונקציות של ההתנגדות הנמדדת ומתח האספקה ​​(האחרון חייב להיות יציב). התקן הפלט מכויל ישירות בערך הנמדד.

ניתן להשתמש במדידות גשר AC בשני מצבים נוספים: מעין מאוזן וחצי מאוזן. האחרון מאופיין בעובדה שמעגל ארבע הזרועות הקונבנציונלי (איור 2) מותאם באמצעות פרמטר משתנה אחד בלבד עד לקבלת מתח המוצא המינימלי (שיווי משקל מלא, כלומר Ucd=0, המצריך הגדרה של שני פרמטרים, במקרה זה לא ניתן להגיע אליו).

ניתן לקבוע את רגע ההגעה למתח המינימלי Ucd ישירות ממצביע פשוט במוצא המעגל, או ליתר דיוק - בעקיפין - על סמך, למשל, יחסי הפאזה של וקטורי המתח של מעגל הגשר המתרחשים ברגע זה. של חצי שיווי משקל.

במקרה השני, ציוד הניסוי והאינדיקציה דומים לאלה המשמשים במצב המעיין מאוזן. מרכיבי ההתנגדות הנמדדת נקבעים: האחד - מערכו של הפרמטר המשתנה ברגע של חצי שיווי משקל, השני - ממתח המוצא של הגשר. יש לייצב את מתח האספקה.

איזון גשרי מדידה יכול להיעשות הן ישירות על ידי אדם (גשרים עם הנחייה ידנית) והן בעזרת מכשיר אוטומטי (גשרי מדידה אוטומטיים).

מדידות גשר משמשות הן למדידת ערכי התנגדות והן לקביעת הסטיות של ערכים אלו מערך נומינלי נתון. הן בין שיטות המדידה הנפוצות והמתקדמות ביותר. לגשרים המיוצרים בסדרה יש דרגות דיוק מ-0.02 עד 5 עבור זרם DC ומ-0.1 עד 5 עבור AC.