AC ölçüm köprüleri ve kullanımları

AC devrelerde ölçüm amaçlı köprü devreleri kullanılmaktadır. Bu şemalar, kapasitörlerin ve endüktansların değerlerini, kapasitörlerin dielektrik kayıp açısının teğetlerini ve ayrıca bobinlerin karşılıklı endüktanslarını belirlemeyi mümkün kılar.

AC köprülerinin ölçülmesi tamamen farklı şemalardır, aşağıda tartışılacaktır. En popüler olanları, endüktansların, kapasitansların ve dielektrik kayıp teğetlerinin ölçüm işlemlerine parazitik parametrelerin telafisinin eşlik edebildiği dört kollu dengeli köprülerdir.

İki AC ölçüm köprüsü devresi grubu özellikle anlamlıdır: trafo köprüleri (endüktif olarak bağlı kollarla) ve kapasitif köprüler. Kapasitif köprüler, kollara kapasitif ve aktif elemanların monte edildiği dört kollu devrelerdir. Trafo köprüleri, köprüye güç sağlamaya hizmet eden iki kolda trafo sekonder sargılarının varlığı ile karakterize edilir.

Kapasitif devrelere gelince, hem sabit kapasitans hem de değişken (aktif) dirençler ve sabit (aktif) dirençler ve değişken kapasitanslar içerebilirler. Sabit bir kapasitans köprüsünün inşa edilmesi daha kolaydır, çünkü özel olarak derecelendirilmiş değişken kapasitörlere ihtiyaç duymaz, bunun yerine yeterli direnç kaynağı (aktif dirençler) vardır.

Değişken dirençler sayesinde köprü devresi reaktif ve aktif gerilim bileşenlerine göre dengelenebilir. Bir değişken direnç kapasitans değerlerine göre, diğeri dielektrik kayıp teğet değerlerine göre kalibre edilir. Sonuç olarak, incelenen kapasitörün eşdeğer bir seri devresi elde edilir. Aşağıdaki eşitlik köprünün bu denge durumunu yansıtacak ve hayali ve gerçek kısımları eşitlemek sadece aranan niceliklerin değerlerini verecektir:

Ancak gerçekte, asalak parametreler her zaman görünür ve zaten ses frekanslarında hatalar verir. Parazitik endüktanslar, kapasitanslar, iletkenlikler bu hataların kaynaklarıdır, dielektrik kayıp açısı ölçümünün doğruluğu tehdit altındadır. Bu faktörlerin etkisini azaltmak için alınan önlemler, birinci rezistörün endüktif olmayan ve kapasitif sargısıdır. Ama aslında, bu etkileri uygun şekilde telafi etmek basitçe gereklidir.

Böylece, parazitik endüktansı telafi etmek için, trimer kondansatörü ikinci dirence paralel bağlanır. Ek olarak, parazitik kapasitanslar ve parazitik dirençler, yalıtkan parçaların ve transformatörün varlığından kaynaklanır, bu nedenle transformatörün kendisinin çift ekranlanması gerekir.Parçaların kapasitans ve iletkenlik etkisini azaltmak için floroplastik gibi yüksek kaliteli dielektriklerden yapılmıştır. Güç kaynağı olarak bir ses frekans üreteci uygundur.

Köprülerde kullanılan sabit dirençler bir avantaj sağlar: değişken bir direnci kalibre etmeye gerek yoktur. Kollarda sadece sabit bir direnç, sabit bir kapasitör ve değişken kapasitörler bulunmaktadır. Yeteneklerinin ölçülmesi doğrudan mümkündür. İncelenen kapasitans basitçe terminallere bağlanır, ardından değişken kapasitörler ayarlanarak köprü dengelenir Hesaplamalar, teğet ölçeğinin doğrudan formülden elde edildiği görülebilen formüllere göre yapılır. direnç ve frekans değişmediği için değişken kapasitans ile:

Endüktif olarak bağlı kollara (trafo köprüleri) sahip ölçüm köprüleri, bir dizi açıdan kapasitif köprülerden üstündür: teğet ve kapasitans açısından daha yüksek hassasiyet, kollara paralel olarak bağlanmış parazitik iletkenliklerin düşük etkisi.

Çok kesitli transformatörler, köprünün çalışma aralığını (ölçüm ölçeği) büyük ölçüde genişletebilir. Birkaç tipik trafo köprüsü tasarımı vardır, ancak en popüler olanı çift trafo köprüsüdür:

Zincir, dönüş sayısı numaralandırılarak tamamen düzenlenir; değişken kapasitörlere veya değişken dirençlere ihtiyaç duymaz. Bu şekilde, geniş bir çok kesitli trafo yelpazesine sahip sayaçlar oluşturmak mümkündür ve minimum numune elemanı gerekir.

Burada devreler galvanik olarak yalıtılmıştır, yani parazit bağlantılardan kaynaklanan girişimin minimum düzeyde olduğu açıktır, bu nedenle bağlantı kabloları nispeten uzun olabilir. Köprü dengedeyken aşağıdaki denklemler geçerlidir:

Bildiğiniz gibi kondansatörlerin kapasitanslarının ölçülmesi söz konusu olduğunda dielektrik kayıp teğeti şeklindeki aktif kayıplar ön plana çıkıyor. Dolayısıyla, bu parametreye göre, kapasitörler üç gruba ayrılır (ve bu frekansta sırasıyla eşdeğer devreler farklıdır):

Aşağıdaki oranlar, bir AC devresindeki kapasitörün empedansını ve seri ve paralel eşdeğer devrelerdeki teğetini yansıtır:

Kayıpsız bir kapasitörün kapasitansının ölçümü, iki aktif kolun değerlerinin oranına göre ölçüm limitlerini belirlediği ve numune kapasitansının değişken olduğu aşağıdaki şemaya göre gerçekleştirilir. Burada ölçüm işleminde dirençlerin oranları seçilir, örnek kapasitans değeri değiştirilir. Köprü denge ifadesi şu şekildedir:

Düşük kayıplı kapasitans ölçümü, kapasitans ve aktif direnci değiştirerek köprüyü dengelerken, sıfır gösterge ölçeğinin minimum okumasına ulaşarak, kapasitör değiştirme dizisi şemasına göre gerçekleştirilir. Eşitlik koşulu aşağıdaki ifadeleri verir:

Önemli dielektrik kayıplarına sahip kapasitörler, eşdeğer devrede direncin yukarıdaki şemaya göre örneğe paralel bağlanmasını gerektirir. Teğet formülü şöyle görünecektir:

Bu nedenle, köprüler kullanarak, gerçek kapasitörlerin kapasitanslarını pF birimlerinden onlarca mikrofarada kadar nominal değerlere ve yüksek bir doğruluk derecesine (1 ila 3 büyüklük sırasına göre) ölçmek mümkündür.

Yukarıda açıklanan yaklaşımı kullanarak endüktansı ölçerek, doğru bir değişken endüktans oluşturmak kolay bir iş olmadığından, kapasitanslarla karşılaştırmak mümkündür ve endüktanslarla olması gerekmez. Bu nedenle, indüktörler yerine örnek kapasitans eşdeğer devreleri kullanırlar. Denge koşulu, direnç ve endüktans bulmanızı sağlar, sonuç aşağıdaki biçimde yazılır:

Ayrıca Q faktörünü de bulabilirsiniz:

Elbette dönüşten dönüşe kapasitans küçük bozulmalar verecektir, ancak bunlar genellikle ihmal edilebilir düzeydedir.