Pengukuran jembatan
Sirkuit jembatan - skema untuk menghubungkan elemen-elemen sirkuit listrik (resistansi, dioda penyearah, dll.), Ditandai dengan adanya cabang jembatan antara dua titik sirkuit yang tidak terhubung langsung ke sumber energi listrik. Sirkuit jembatan didasarkan pada sirkuit Jembatan Wheatstone (Gbr. 1).
Prinsip pengoperasian rangkaian jembatan didasarkan pada kenyataan bahwa ketika rasio impedansi di lengan jembatan sama dengan За / Зб = ЗНС/Зд tidak ada arus di diagonal jembatan (pada perangkat indikator ). Dengan meningkatkan sensitivitas indikator nol, dimungkinkan untuk mencapai persamaan rasio impedansi yang sangat akurat di sirkuit jembatan. Pengukuran jembatan didasarkan pada prinsip ini.
Beras. 1. Diagram Jembatan (Diagram Jembatan Wheatstone)
Catu daya untuk rangkaian jembatan dapat berupa sumber DC atau AC. Penyeimbangan jembatan sepenuhnya independen dari fluktuasi tegangan suplai.
Pengukuran jembatan — Metode untuk mengukur parameter sirkuit listrik arus searah (resistansi DC, arus) dan arus bolak-balik (resistansi aktif, kapasitansi, induktansi, induktansi timbal balik, frekuensi, sudut kehilangan, faktor kualitas, dll.) dengan menggunakan rantai jembatan. Pengukuran jembatan juga banyak digunakan untuk pengukuran listrik besaran non-listrik menggunakan sensor - konverter perantara dari besaran yang diukur menjadi parameter sirkuit listrik yang terkait secara fungsional.
Pengukuran jembatan dilakukan dengan menggunakan jembatan pengukur (instalasi jembatan) yang termasuk dalam kategori alat pembanding. Secara umum, mereka didasarkan pada penggunaan rangkaian listrik tertentu yang terdiri dari beberapa resistansi yang diketahui dan satu resistansi yang tidak diketahui (diukur), ditenagai oleh satu sumber dan dilengkapi dengan perangkat indikator.
Dengan mengubah resistansi yang diketahui, rangkaian ini disesuaikan hingga tertentu, yang ditunjukkan oleh penunjuk, distribusi tegangan di masing-masing bagian rangkaian tercapai. Jelas bahwa rasio tegangan tertentu juga sesuai dengan rasio tertentu dari resistansi rangkaian, yang memungkinkan untuk menghitung resistansi yang tidak diketahui jika resistansi lainnya diketahui.
Secara historis, versi pengukuran jembatan yang pertama, paling sederhana dan paling umum direalisasikan melalui jembatan seimbang dengan empat lengan, yang merupakan rangkaian cincin dari 4 resistor ("jembatan lengan"), di mana catu daya dan penunjuk dihubungkan diagonal ke simpul yang berlawanan, dalam bentuk «jembatan» (gbr. 2).
Beras. 2.
Jika kondisi R1R3 = R2R4 terpenuhi (masing-masing, Z1Z3 = Z2Z4 pada arus bolak-balik), tegangan pada keluaran rangkaian jembatan (terlepas dari tegangan suplai) adalah nol (Ucd = 0), artinya jembatan adalah " seimbang «, yang ditunjukkan dengan penunjuk nol .
Kondisi tunak jembatan DC yang sesuai dengan kondisi R1R3 = R2R4 dapat dicapai dengan menyesuaikan hanya satu parameter variabel dan juga memungkinkan hanya satu resistansi yang tidak diketahui untuk ditentukan.
Untuk mencapai keadaan kesetimbangan arus bolak-balik kompleks Z1Z3 = Z2Z4, yang terurai ketika nilai kompleks dari resistansi Z = R + jx diganti menjadi dua kondisi independen, setidaknya dua parameter variabel harus disesuaikan. Dalam hal ini, dimungkinkan untuk secara bersamaan menentukan dua komponen resistansi kompleks (misalnya, L dan R atau L dan Q, C dan tgφ, dll.).
Berbagai jembatan AC empat lengan adalah jembatan resonansi... Selain empat lengan, skema jembatan yang lebih kompleks digunakan - jembatan ganda pada arus searah (Gbr. 3) dan banyak lengan (enam atau tujuh lengan) - pada bolak-balik saat ini (misalnya, Gbr. 4) . Kondisi kesetimbangan untuk sirkuit ini, tentu saja, berbeda dari yang diberikan di atas.
Beras. 3.
Beras. 4.
Bridge dapat digunakan dalam mode balanced dan unbalanced. Dalam kasus terakhir, hasil pengukuran ditentukan tanpa menyesuaikan resistansi, langsung dari arus atau tegangan pada keluaran rangkaian jembatan, yang merupakan fungsi dari resistansi terukur dan tegangan suplai (yang terakhir harus stabil). Perangkat keluaran dikalibrasi langsung dalam nilai terukur.
Pengukuran jembatan AC dapat digunakan dalam dua mode lagi: quasi-balanced dan half-balanced. Yang terakhir dicirikan oleh fakta bahwa rangkaian empat lengan konvensional (Gbr. 2) disesuaikan hanya dengan menggunakan satu parameter variabel sampai tegangan keluaran minimum diperoleh (keseimbangan penuh, yaitu Ucd= 0, yang memerlukan pengaturan dua parameter, dalam hal ini tidak terjangkau).
Momen mencapai tegangan minimum Ucd dapat ditentukan langsung dari penunjuk sederhana pada keluaran rangkaian, atau lebih tepatnya — secara tidak langsung — berdasarkan, misalnya, hubungan fasa dari vektor tegangan rangkaian jembatan yang terjadi pada saat ini. setengah kesetimbangan.
Dalam kasus kedua, peralatan eksperimen dan penunjuk serupa dengan yang digunakan dalam mode kuasi-seimbang. Komponen resistansi terukur ditentukan: satu - dari nilai parameter variabel pada saat setengah kesetimbangan, yang lain - dari tegangan keluaran jembatan. Tegangan suplai harus distabilkan.
Penyeimbangan jembatan pengukur dapat dilakukan baik secara langsung oleh seseorang (jembatan dengan panduan manual) maupun dengan bantuan alat otomatis (jembatan pengukur otomatis).
Pengukuran jembatan digunakan baik untuk mengukur nilai resistansi maupun untuk menentukan penyimpangan nilai-nilai ini dari nilai nominal yang diberikan. Mereka adalah salah satu metode pengukuran yang paling umum dan canggih. Jembatan yang diproduksi secara seri memiliki kelas akurasi dari 0,02 hingga 5 untuk arus DC dan dari 0,1 hingga 5 untuk AC.