Misure del ponte

Circuito a ponte — uno schema per collegare gli elementi di un circuito elettrico (resistenze, diodi raddrizzatori, ecc.), caratterizzato dalla presenza di un ramo a ponte tra due punti del circuito che non sono direttamente collegati alla fonte di energia elettrica. Il circuito del ponte è basato sul circuito del ponte di Wheatstone (Fig. 1).

Il principio di funzionamento del circuito a ponte si basa sul fatto che quando il rapporto delle impedenze nei bracci del ponte è uguale a За / Зб = ЗНС/Зд non c'è corrente nella diagonale del ponte (nel dispositivo indicatore ). Aumentando la sensibilità dell'indicatore zero, è possibile ottenere un'uguaglianza molto accurata dei rapporti di impedenza nel circuito a ponte. Le misurazioni del ponte si basano su questo principio.

Riso. 1. Diagramma del ponte (Diagramma del ponte di Wheatstone)

Gli alimentatori per circuiti a ponte possono essere sorgenti CC o CA. Il bilanciamento del ponte è completamente indipendente dalle fluttuazioni della tensione di alimentazione.

Misure di ponti — Metodi per misurare i parametri dei circuiti elettrici di corrente continua (resistenza continua, corrente) e di corrente alternata (resistenza attiva, capacità, induttanza, mutua induttanza, frequenza, angolo di perdita, fattore di qualità, ecc.) mediante catene del ponte. Le misurazioni del ponte sono anche ampiamente utilizzate per misurazioni elettriche di quantità non elettriche utilizzando sensori, convertitori intermedi della quantità misurata in un parametro funzionalmente correlato del circuito elettrico.

Le misurazioni del ponte vengono eseguite utilizzando i ponti di misurazione (impianti a ponte) appartenenti alla categoria dei dispositivi di confronto. In generale, si basano sull'utilizzo di un determinato circuito elettrico costituito da diverse resistenze note e una sconosciuta (misurata), alimentato da un'unica sorgente e dotato di un dispositivo indicatore.

Modificando le resistenze note, questo circuito viene regolato fino a raggiungere una certa distribuzione delle tensioni, indicata dal puntatore, nelle singole sezioni del circuito. È ovvio che ad un dato rapporto di tensioni corrisponde anche un determinato rapporto di resistenze del circuito, dal quale è possibile calcolare la resistenza incognita se si conoscono le altre resistenze.

Storicamente, la prima, più semplice e più comune versione delle misure a ponte è stata realizzata mediante un ponte bilanciato a quattro bracci, che è un circuito ad anello di 4 resistori (ponti "a braccio"), in cui sono collegati l'alimentatore e il puntatore diagonalmente ai vertici opposti, sotto forma di «ponti» (fig. 2).

Riso. 2.

Se la condizione R1R3 = R2R4 è soddisfatta (rispettivamente, Z1Z3 = Z2Z4 a corrente alternata), la tensione all'uscita del circuito a ponte (indipendentemente dalla tensione di alimentazione) è zero (Ucd = 0), cioè il ponte è " equilibrato «, che è indicato da un puntatore zero .

Lo stato stazionario del ponte DC corrispondente alla condizione R1R3 = R2R4 può essere raggiunto regolando un solo parametro variabile e permette anche di determinare una sola resistenza sconosciuta.

Per raggiungere lo stato di equilibrio di corrente alternata complesso Z1Z3 = Z2Z4, che si decompone quando i valori complessi delle resistenze Z = R + jx vengono sostituiti in due condizioni indipendenti, è necessario regolare almeno due parametri variabili. In questo caso, è possibile determinare contemporaneamente due componenti della resistenza complessa (ad esempio, L e R o L e Q, C e tgφ, ecc.).

Una varietà di ponti CA a quattro bracci sono ponti risonanti... Oltre ai quattro bracci, vengono utilizzati schemi di ponti più complessi: doppi ponti su corrente continua (Fig. 3) e bracci multipli (sei o sette bracci) - su alternanza corrente (ad esempio, Fig. 4) . Le condizioni di equilibrio per questi circuiti, ovviamente, differiscono da quelle sopra indicate.

Riso. 3.

Riso. 4.

I ponti possono essere utilizzati sia in modalità bilanciata che sbilanciata. In quest'ultimo caso, il risultato della misura viene determinato senza regolare le resistenze, direttamente dalla corrente o tensione all'uscita del circuito a ponte, che sono funzioni della resistenza misurata e della tensione di alimentazione (quest'ultima deve essere stabile). Il dispositivo di uscita viene calibrato direttamente nel valore misurato.

Le misurazioni del ponte CA possono essere utilizzate in altre due modalità: quasi bilanciate e semibilanciate. Quest'ultimo è caratterizzato dal fatto che il circuito convenzionale a quattro bracci (Fig. 2) viene regolato utilizzando un solo parametro variabile fino al raggiungimento della minima tensione di uscita (pieno equilibrio, cioè Ucd= 0, che richiede l'impostazione di due parametri, in questo caso è irraggiungibile).

Il momento del raggiungimento della tensione minima Ucd ​​può essere determinato direttamente da un semplice puntatore all'uscita del circuito, o più precisamente — indirettamente — in base, ad esempio, alle relazioni di fase dei vettori di tensione del circuito a ponte che si verificano al momento di mezzo equilibrio.

Nel secondo caso, le apparecchiature sperimentali e di indicazione sono simili a quelle utilizzate nella modalità quasi bilanciata. I componenti della resistenza misurata sono determinati: uno - dal valore del parametro variabile al momento del mezzo equilibrio, l'altro - dalla tensione di uscita del ponte. La tensione di alimentazione deve essere stabilizzata.

Il bilanciamento dei ponti di misura può essere effettuato sia direttamente da una persona (ponti a guida manuale) sia con l'ausilio di un dispositivo automatico (ponti di misura automatici).

Le misurazioni del ponte vengono utilizzate sia per misurare i valori di resistenza sia per determinare le deviazioni di questi valori da un dato valore nominale. Sono tra i metodi di misurazione più comuni e avanzati. I ponti prodotti in serie hanno classi di precisione da 0,02 a 5 per corrente continua e da 0,1 a 5 per corrente alternata.