Для вимірювання параметрів RLC-елементів традиційно використовують мостові вимірювальні схеми – міст Уітстона (рис. 30.1). В залежності від використовуваної різновиди мостової схеми шкали приладів мають лінійний або нелінійний характер (з розтягнутою частиною шкали). Загальний недолік лінійних мостових схем – вузький діапазон вимірювань.

Мостова схема, що поєднує можливість вимірювання параметрів RLC як в схемі лінійного, так і в схемі інверсного моста (рис. 30.1 – 30.3), дозволяє помітно розширити діапазони вимірюваних значень [Рл 3/01-30].

   

Рис. 30.1. Схема лінійного мосту

На рис. 30.1 і 30.2 показані, відповідно, схеми лінійного і інверсного мостів, у таблиці 30.1 – основні співвідношення елементів мостів та розрахункові формули для визначення шуканого значення (на прикладі визначення Rx). Множник діапазону До кратний десяти. В якості елемента балансування моста повинен бути використаний спеціальний потенціометр. Це може бути багатооборотні (десятіоборотний) потенціометр з лічильником оборотів і лінійною залежністю зміни опору від кута повороту, або однооборотні дротяний потенціометр з редуктором, або магазин опорів (двох, трехдекадний набір послідовно включаються еталонних опорів). Шкала градуіруется від 0 до 1,00 з дискретністю відліку не гірше 0,01 од. Для вирішення навчально-дослідних завдань в якості такого потенціометра допустимо використовувати однооборотні потенціометр з лінійною залежністю зміни опору від кута повороту.

   

Рис. 30.2. Схема інверсного мосту

Для підвищення точності відліку при створенні приладу для вимірювань з підвищеною точністю бажано використовувати но-ніусную шкалу (як на мікрометрах або штангенциркулем).

   

Таблиця 30.1

На рис. 30.3 наведено фрагмент практичної блок-схеми лінійно-інверсного моста. Перемикач SA1 виконує одночасно декілька функцій: дозволяє відключати джерело живлення, а також перемикати вимірювальний міст на живлення від зовнішнього джерела постійного або змінного струму, внутрішнього генератора змінного струму або джерела постійного струму. Резистор Rorp (рис. 30.2, 30.3) служить для обмеження струму короткого замикання при вимірюванні малих опорів. Перемикач SA2 призначений для зміни режиму роботи моста з лінійного на інверсний. Для вимірювання параметрів L і С (рис. 30.3) еталонний і невідомий елементи включають замість елементів R3 і R4 моста. В якості нуль-індикатора РА1 може бути використаний зовнішній вимірювальний прилад – мілівольтметр змінного струму.

   

Рис. 30.3

   

Рис. 30.4

На рис. 30.4 показані можливі межі виміру мостової схеми в залежності від кута повороту осі (у долях або відсотках) балансувального потенціометра у лінійному і інверсному включенні моста. Використання інверсного включення моста дозволяє розширити діапазон вимірювань параметрів RLC на один, два порядки в бік більших значень при збереженні можливості вимірювання менших значень щодо еталонного значення в режимі лінійного моста. Це дозволяє помітно спростити конструкцію мосту й скоротити вдвічі кількість дорогих дефіцитних прецизійних (мають мале відхилення від номіналу) елементів.

   

Рис. 30.5

На рис. 30.5 наведена практична схема лінійно-інверсного моста, здатного працювати як на змінному, так і на постійному струмі від внутрішнього або зовнішнього джерела (генератора). В якості внутрішнього генератора звукового діапазону використовується блокінг-генератор на транзисторі VT1. У генераторі може бути використаний кремнієвий транзистор типу КТ361. У разі відсутності генерації висновки однієї з обмоток трансформатора слід поміняти місцями. Частота генерації блокінг-генератора визначається властивостями трансформатора і постійної часу R1C1, тому бажаний підбір цих елементів.

Перемикач (вимикач) SA1 дозволяє подавати живлення на міст від зовнішнього генератора (джерела постійного або змінного струму), від внутрішніх звукового генератора або джерела постійного струму напругою 4,5 В.

Перемикач SA2 переводить пристрій в режим лінійного або інверсного моста. У пристрої використано мінімальну кількість прецизійних RLC-елементів. Ці елементи можуть бути відібрані або складені зі звичайних резисторів або конденсаторів з контролем отриманої величини по цифровому вимірювального приладу.

Діапазони вимірювань лінійного-інверсного моста складають: від 1 Ом до 100 МОм, від 1 пФ до 100 мкФ, від 1 мкГн до 100 ГЧ.

В якості індикується приладу при вимірюванні на змінному струмі бажано використовувати високоомні головні телефони ТОН-1/ТОН-2; на постійному струмі – високоомні вимірювальні прилади магнітоелектричної системи. Крім того, в якості нуль-індикаторів можна підключити зовнішні вимірювальні прилади, наприклад, мілівольтметр змінного струму.

Як трансформатора Т1 можна використовувати вихідний або узгоджувальний трансформатор від портативного радіоприймача.

На рис. 30.6 показана мостова вимірювальна схема – міст модульованого струму. Харчування мосту здійснюється модульованим постійним струмом, що дозволяє використовувати в якості нуль-індикаторів вимірювальні й індикаторні прилади, чутливі як до змінному, так і до постійного току.

Рис. 30.7. Схема моста змінного струму Максвелла транзисторі VT1. Перемикач SA1 одночасно є вимикачем пристрої.

   

Рис. 30.6

   

Рис. 30.7. Схема моста змінного струму Максвелла

Міст Уїтстона, рис. 30.1, є далеко не єдиною бруківці схемою, призначеною для вимірювання опорів, індуктивностей або ємностей. Для зіставлення на рис. 30.7 – 30.10 приведені мостові схеми Максвелла (рис. 30.7), Хея (рис. 30.8), Соті (рис. 30.9), Вина (рис. 30.10), названі так на честь запропонували їх дослідників. За допомогою цих приладів можна отримати також відомості про тангенс кута діелектричних втрат конденсаторів, виміряти величину добротності котушок індуктивності. Позначення елементів моста умовні. Для виконання умови балансування моста (Нульові показання індикатора) повинно виконуватися рівність співвідношення елементів плечей моста.

   

Рис. 30.8. Схема моста змінного струму Хея

   

Рис. 30.9. Схема моста змінного струму Соті

   

Рис. 30.10. Схема моста змінного струму Вина

Загальний принцип дії мостів змінного струму – подача живлячої змінної напруги та подальша балансування моста за допомогою регульованих елементів. Стрілка вимірювального приладу, мілівольтметра змінного струму, при балансуванні повинна бути на нулі. Якщо в якості індикатора балансу використовуються головні телефони, в телефонах не повинен прослуховуватися звуковий сигнал.

Для знаходження невідомого (визначеного) значення ємності, індуктивності, опору регульовані елементи мостів – потенціометри R2 і R3, або замінюючі їх набори перемикаються еталонних резисторів, повинні бути откалібро-вани. Калібрувальні значення можуть бути нанесені на лімби ручок регулюючих елементів.

Мостові схеми, процес їх балансування, а також принципи, закладені в цьому методі вимірювання, широко використовують в радіоелектроніці: наприклад, в балансних модулятори, у вимірювальних приладах і перетворювачах. У цьому зв’язку рекомендується докладно вивчити різні варіанти мостових схем, оцінити перспективи їх використання в своїх подальших самостійних конструкціях.

   

Література: Шустов М.А. Практична схемотехніка (Книга 1), 2003 рік