Трансформаторные мосты
Эти мосты получили развитие позже емкостных. В них индуктивные плечи образуются вторичной обмоткой трансформатора и служат для питания моста (см. рисунок).
Однако можно поменять местами индикатор равновесия и источник питания (рисунок).
Такой мост с индуктивно-связанными плечами в цепи индикатора имеет ряд преимуществ: он позволяет обеспечивать высокую чувствительность по емкости и tgδ; в этом случае не сказываются как явления гистерезиса в сердечнике трансформатора, так и нелинейность кривой намагничивания; мало сказываются паразитные проводимости, включенные параллельно индуктивным плечам; можно расширять диапазон измерений за счет применения многосекционных трансформаторов.
Существует 2 условия равновесия моста с индуктивно-связанными плечами в цепи индикатора.
I условие:
,
где
w0 и wx – числа витков секций обмотки, примыкающих к C0 и Сx.
II условие (по активной составляющей) может выполняться непосредственным измерением активной проводимости в плече Z0. Тогда:
tg δx = tg δ0.
Большое распространение получила схема двойного трансформаторного моста. Она обладает рядом преимуществ по сравнению с рассматриваемыми. 1. Схема может быть полностью уравновешена переключением витков плечевых элементов и не требует переменных резисторов и конденсаторов переменной емкости. Это позволяет создавать приборы с широким диапазоном измерений за счет применения секционированных трансформаторов при малом числе образцовых мер. 2. Гальваническая развязка цепей обеспечивает хорошую помехозащищенность. Это облегчает защиту мостов от влияния паразитных связей, допускает присоединение объекта измерения сравнительно длинными проводами.
Цепь, схема которой показана на рисунке, позволяет получить раздельный и прямой отсчет по емкости и tg δ.
Условия равновесия этого метода можно получить, исходя из уравнения, что Iр = 0. Обмотки w4 и w5 включены встречно по отношению к w3.
Если индикатор равновесия выполнен с малым входным сопротивлением, то
(1)
Напишем выражения для токов, представленных в уравнении (1)
В соответствии с правилами для трансформаторов запишем выражения для напряжений:
.
Ток в цепи индикатора можно представить в виде комплексного числа
.
Тогда, чтобы выполнялось равенство Iр = 0, необходимо приравнять нулю А и В.
= 0
= 0.
Отсюда можно получить:
(*)
(**).
Уравновешивание по емкости осуществляется путем регулировки числа витков обмотки w2, а по tg δ – числа витков w5 (поскольку остальные значения, входящие в уравнения, – постоянные величины).
Наша промышленность выпускает целый спектр мостов переменного тока, посредством которых можно измерить емкость и tg δ испытуемых материалов. Они позволяют выполнять измерения при различных частотах и напряжениях.
Таблица
Тип моста |
Используемый метод |
Частота, Гц |
Напряжение, В |
С |
tg δ |
Р589 (цифровой) |
Двойной трансформа-торный |
1000 |
0,3 - 80 |
0,01 пФ – 10 мкФ |
3·10-4 ÷ 0,1 |
Р571М |
Активные и емкостные элементы |
40 - 10000 |
Регулируе-мое |
10 пФ – 1000 мкФ |
1·10-3 ÷ 2 |
Р577 |
|
40 - 20000 |
|
10-6 ÷ 1,1·103 мкФ |
10-3 ÷ 1 |
Р5066 |
|
40 - 20000 |
|
10-7 ÷ 1,1·103 мкФ |
10-3 ÷ 1 |
Р5010 (быстродействующий цифровой) |
|
1000 |
|
0,1 пФ – 100 мкФ |
0 ÷ 0,5 |
Р5016 (цифровой) |
|
(1,5,10,50)·103 |
|
10-2 пФ ÷ 10-4 Ф |
10-4 ÷ 1 |
Р5058 (цифровой) |
индуктивный |
(0,05;1;10)·103 |
|
0,02 пФ – 1000 мкФ |
До 0,1 |
Е8-4 |
Двойной трасформа-торный |
1000 |
≤ 18 |
0,03 пФ – 1000 мкФ |
5·10-4 ÷ 0,1 |