交流測量電橋及其用途

在交流電路中，電橋電路用於測量目的。這些方案可以確定電容器和電感的值、電容器介電損耗角的正切以及線圈的互感。

測量交流電橋是完全不同的方案，它們將在下面討論。最流行的是帶四臂的平衡電橋，其中測量電感、電容和介電損耗角正切的過程可以伴隨寄生參數的補償。

兩組交流測量電橋電路特別有表現力：變壓器電橋（帶有電感耦合臂）和電容電橋。電容橋是具有四個臂的電路，其中電容和有源元件安裝在臂中。變壓器電橋的特徵在於在為電橋供電的兩個臂中存在變壓器次級繞組。

至於電容電路，它們可以包括恆定電容和可變（有源）電阻器，以及恆定（有源）電阻器和可變電容。恆定電容電橋更容易構建，因為它不需要專門額定的可變電容器，而是有足夠的電阻器（有源電阻器）供應。

由於可變電阻器，橋式電路可以相對於無功和有源電壓分量進行平衡。一個可變電阻器根據電容值校準，另一個根據介電損耗角正切值校準。結果，獲得了所研究電容器的等效串聯電路。以下等式將反映橋樑的這種平衡狀態，虛部和實部相等將僅給出所尋求數量的值：

但實際上，寄生參數總是會出現並在音頻頻率上產生誤差。寄生電感、電容、電導是這些誤差的來源，介質損耗角測量的準確性受到威脅。減少這些因素影響的措施是第一個電阻的無感和容性繞組。但實際上只是需要適當地補償這些影響。

因此，為了補償寄生電感，三聚電容器與第二個電阻器並聯連接。此外，由於絕緣部件和變壓器的存在，會產生寄生電容和寄生電阻，因此有必要對變壓器本身進行雙重屏蔽。為了減少零件的電容和導電性的影響，它們由高質量的電介質製成，例如氟塑料。音頻發生器適合作為電源。

電橋中使用的恆定電阻具有一個優勢：無需校準可變電阻。臂中只有一個恆阻、一個恆容和可變容。可以直接測量它們的能力。所研究的電容只是接在端子上，然後通過調整可變電容來平衡電橋。根據公式進行計算，可以看出切線的比例直接從公式中得到具有可變電容，因為電阻和頻率不變：

具有電感連接臂（變壓器電橋）的測量電橋在許多方面優於電容電橋：在切線和電容方面具有更高的靈敏度，無論如何與臂並聯連接的寄生電導的影響較小。

多節變壓器可以大大擴大橋樑的工作範圍（測量範圍）。有幾種典型的變壓器橋設計，但最受歡迎的是雙變壓器橋：

鏈條完全通過枚舉圈數來調節；它不需要可變電容器或可變電阻器。通過這種方式，可以創建具有大範圍多節變壓器的儀表，並且需要最少的樣品元件。

這裡的電路是電流隔離的，也就是說，很明顯，由於寄生連接造成的干擾很小，因此連接線可以相對較長。當橋樑處於平衡狀態時，以下方程式有效：

如您所知，在測量電容器的電容時，介電損耗正切形式的主動損耗會脫穎而出。因此，根據此參數，電容器分為三組（並且等效電路分別在此頻率下有所不同）：

以下比率反映了交流電路中電容器的阻抗及其在串聯和並聯等效電路中的切線：

無損電容器的電容測量是根據以下方案進行的，其中兩個有源臂通過其值的比值確定測量限制，並且樣品電容是可變的。這裡，在測量過程中，選擇電阻的比例，改變採樣電容的值。橋式平衡表達式為：

低損耗電容測量按照電容更換順序方案進行，同時通過改變電容和有源電阻來平衡電橋，達到零指示刻度的最小讀數。相等條件給出以下表達式：

根據上述方案，具有顯著介電損耗的電容器需要在等效電路中將電阻與樣品並聯。切線的公式如下所示：

因此，使用電橋，可以測量標稱值從 pF 到幾十微法的真實電容器的電容，並且精度很高（從 1 到 3 個數量級）。

通過使用上述方法測量電感，可以與電容進行比較，而不必與電感進行比較，因為創建精確的可變電感並非易事。所以他們使用樣品電容等效電路代替電感器。平衡條件允許您找到電阻和電感，結果寫成以下形式：

您還可以找到 Q 因子：

當然，匝間電容會產生小的失真，但這些通常可以忽略不計。