การวัดสะพาน

วงจรบริดจ์ — โครงร่างสำหรับเชื่อมต่อองค์ประกอบของวงจรไฟฟ้า (ความต้านทาน, ไดโอดเรียงกระแส, ฯลฯ ) โดดเด่นด้วยการมีอยู่ของสาขาสะพานระหว่างจุดสองจุดของวงจรที่ไม่ได้เชื่อมต่อโดยตรงกับแหล่งพลังงานไฟฟ้า วงจรบริดจ์ใช้วงจรวีทสโตนบริดจ์ (รูปที่ 1)

หลักการทำงานของวงจรบริดจ์ขึ้นอยู่กับความจริงที่ว่าเมื่ออัตราส่วนของอิมพีแดนซ์ในแขนของสะพานเท่ากับЗа / Зб = ЗНС/Зд ไม่มีกระแสในแนวทแยงของสะพาน (ในอุปกรณ์ตัวบ่งชี้ ). โดยการเพิ่มความไวของตัวบ่งชี้ศูนย์ เป็นไปได้ที่จะบรรลุความเท่าเทียมกันของอัตราส่วนอิมพีแดนซ์ที่แม่นยำมากในวงจรบริดจ์ การวัดสะพานยึดตามหลักการนี้

ข้าว. 1. แผนภาพสะพาน (แผนภาพสะพานวีทสโตน)

แหล่งจ่ายไฟสำหรับวงจรบริดจ์สามารถเป็นได้ทั้ง DC หรือ AC การปรับสมดุลของสะพานเป็นอิสระจากความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าโดยสิ้นเชิง

การวัดสะพาน — วิธีการวัดพารามิเตอร์ของวงจรไฟฟ้าของกระแสตรง (ความต้านทาน DC, กระแส) และของกระแสสลับ (ความต้านทานแบบแอกทีฟ, ความจุ, ความเหนี่ยวนำ, ความเหนี่ยวนำร่วม, ความถี่, มุมของการสูญเสีย, ปัจจัยด้านคุณภาพ ฯลฯ) โดยวิธีการ โซ่สะพาน การวัดแบบสะพานยังใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการวัดทางไฟฟ้าของปริมาณที่ไม่ใช้ไฟฟ้าโดยใช้เซ็นเซอร์ ซึ่งเป็นตัวแปลงระดับกลางของปริมาณที่วัดได้เป็นพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้องกับการทำงานของวงจรไฟฟ้า

การวัดสะพานดำเนินการโดยใช้สะพานวัด (การติดตั้งสะพาน) ที่อยู่ในหมวดหมู่ของอุปกรณ์เปรียบเทียบ โดยทั่วไป จะขึ้นอยู่กับการใช้วงจรไฟฟ้าบางอย่างที่ประกอบด้วยความต้านทานหลายตัวที่รู้จักและไม่รู้จัก (วัดได้) หนึ่งตัว ซึ่งใช้พลังงานจากแหล่งเดียวและติดตั้งอุปกรณ์บ่งชี้

โดยการเปลี่ยนความต้านทานที่รู้จัก วงจรนี้จะถูกปรับจนกว่าจะถึงค่าที่กำหนดโดยตัวชี้ การกระจายของแรงดันไฟฟ้าในแต่ละส่วนของวงจรจะถึง เห็นได้ชัดว่าอัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดยังสอดคล้องกับอัตราส่วนที่แน่นอนของความต้านทานของวงจร โดยสามารถคำนวณค่าความต้านทานที่ไม่รู้จักได้หากทราบค่าความต้านทานอื่นๆ

ในอดีต การวัดบริดจ์เวอร์ชันแรก ง่ายที่สุดและพบได้บ่อยที่สุดเกิดขึ้นโดยใช้สะพานบาลานซ์ที่มีสี่แขน ซึ่งเป็นวงจรวงแหวนของตัวต้านทาน 4 ตัว (สะพาน "แขน") ซึ่งแหล่งจ่ายไฟและตัวชี้เชื่อมต่ออยู่ ในแนวทแยงไปยังจุดยอดตรงข้าม ภายใต้รูปแบบ «สะพาน» (รูปที่ 2)

ข้าว. 2.

หากตรงตามเงื่อนไข R1R3 = R2R4 (ตามลำดับ Z1Z3 = Z2Z4 ที่กระแสสลับ) แรงดันไฟฟ้าที่เอาต์พุตของวงจรบริดจ์ (โดยไม่คำนึงถึงแรงดันไฟฟ้า) จะเป็นศูนย์ (Ucd = 0) นั่นคือบริดจ์คือ " สมดุล « ซึ่งระบุด้วยตัวชี้ศูนย์

สถานะคงตัวของสะพาน DC ที่สอดคล้องกับเงื่อนไข R1R3 = R2R4 สามารถทำได้โดยการปรับพารามิเตอร์ตัวแปรเพียงตัวเดียว และยังอนุญาตให้กำหนดความต้านทานที่ไม่รู้จักเพียงตัวเดียว

เพื่อให้บรรลุสภาวะสมดุลของกระแสสลับที่ซับซ้อน Z1Z3 = Z2Z4 ซึ่งจะสลายตัวเมื่อค่าที่ซับซ้อนของความต้านทาน Z = R + jx ถูกแทนที่เป็นสองเงื่อนไขอิสระต้องปรับพารามิเตอร์ตัวแปรอย่างน้อยสองตัว ในกรณีนี้ เป็นไปได้ที่จะกำหนดสองส่วนประกอบของความต้านทานที่ซับซ้อนพร้อมกัน (เช่น L และ R หรือ L และ Q, C และ tgφ เป็นต้น)

สะพาน AC สี่แขนที่หลากหลายเป็นสะพานจังหวะ... นอกจากสี่แขนแล้ว ยังมีการใช้โครงร่างสะพานที่ซับซ้อนมากขึ้น - สะพานคู่บนกระแสตรง (รูปที่ 3) และหลายแขน (หกหรือเจ็ดแขน) - บนกระแสสลับ ปัจจุบัน (ตัวอย่างเช่น รูปที่ 4) . แน่นอนว่าเงื่อนไขสมดุลของวงจรเหล่านี้แตกต่างจากที่ระบุไว้ข้างต้น

ข้าว. 3.

ข้าว. 4.

บริดจ์สามารถใช้ได้ทั้งในโหมดสมดุลและไม่สมดุล ในกรณีหลังนี้ ผลการวัดจะถูกกำหนดโดยไม่ต้องปรับค่าความต้านทานโดยตรงจากกระแสหรือแรงดันที่เอาต์พุตของวงจรบริดจ์ ซึ่งเป็นฟังก์ชันของความต้านทานที่วัดได้และแรงดันของแหล่งจ่าย (ค่าหลังต้องคงที่) อุปกรณ์ส่งออกได้รับการสอบเทียบโดยตรงในค่าที่วัดได้

การวัดสะพาน AC สามารถใช้ในโหมดอื่นได้อีกสองโหมด: แบบกึ่งสมดุลและแบบกึ่งสมดุล หลังมีลักษณะเฉพาะคือวงจรสี่แขนทั่วไป (รูปที่ 2) ถูกปรับโดยใช้พารามิเตอร์ตัวแปรเดียวจนกว่าจะได้แรงดันเอาต์พุตขั้นต่ำ (สมดุลเต็ม เช่น Ucd= 0 ซึ่งต้องมีการตั้งค่าสองพารามิเตอร์ ในกรณีนี้จะไม่สามารถเข้าถึงได้)

ช่วงเวลาที่ไปถึงแรงดันไฟฟ้าต่ำสุด Ucd สามารถกำหนดได้โดยตรงจากตัวชี้อย่างง่ายที่เอาต์พุตของวงจรหรืออย่างแม่นยำมากขึ้น - ทางอ้อม - ขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์ของเฟสของเวกเตอร์แรงดันไฟฟ้าของวงจรบริดจ์ที่เกิดขึ้นในขณะนั้น ของครึ่งสมดุล

ในกรณีที่สอง อุปกรณ์ที่ใช้ในการทดลองและอุปกรณ์บ่งชี้จะคล้ายกับอุปกรณ์ที่ใช้ในโหมดกึ่งสมดุล ส่วนประกอบของความต้านทานที่วัดได้ถูกกำหนด: หนึ่ง - จากค่าของพารามิเตอร์ตัวแปร ณ ช่วงเวลาของความสมดุลครึ่งหนึ่ง, อื่น ๆ - จากแรงดันขาออกของบริดจ์ แรงดันไฟฟ้าต้องคงที่

ความสมดุลของสะพานวัดสามารถทำได้ทั้งโดยตรงโดยคน (สะพานที่มีคำแนะนำแบบแมนนวล) และด้วยความช่วยเหลือของอุปกรณ์อัตโนมัติ (สะพานวัดอัตโนมัติ)

การวัดสะพานจะใช้ทั้งการวัดค่าความต้านทานและเพื่อหาค่าเบี่ยงเบนของค่าเหล่านี้จากค่าที่กำหนด เป็นหนึ่งในวิธีการวัดขั้นสูงและทั่วไป บริดจ์ที่ผลิตในซีรีส์มีคลาสความแม่นยำตั้งแต่ 0.02 ถึง 5 สำหรับกระแส DC และตั้งแต่ 0.1 ถึง 5 สำหรับไฟฟ้ากระแสสลับ