Измерительные мосты переменного тока

Наиболее распространенные измерительные мосты переменного тока рассчитаны на измерения либо на сетевой частоте
50–60 Гц, либо на звуковых частотах (обычно вблизи 1000 Гц); специализированные же измерительные мосты работают на частотах до 100 МГц. Как правило, в измерительных мостах переменного тока вместо двух плеч, точно задающих отношение напряжений, используется трансформатор. К исключениям из этого правила относится измерительный мост Максвелла–Вина.

Измерительный мост Максвелла–Вина позволяет сравнивать эталоны индуктивности (L) с эталонами емкости на не известной точно рабочей частоте. Эталоны емкости применяются в измерениях высокой точности, поскольку они конструктивно проще прецизионных эталонов индуктивности, более компактны, их легче экранировать и они практически не создают внешних электромагнитных полей. Условия равновесия этого измерительного моста таковы: L_x = R₂R₃C₁ и R_x = (R₂R₃) /R₁ (рис. ). Мост уравновешивается даже в случае «нечистого» источника питания (т.е. источника сигнала, содержащего гармоники основной частоты), если величина L_x не зависит от частоты.

Рис. - Измерительный мост Максвелла–Вина для сравнения параметров эталонных катушек индук-
тивности (L) и конденсаторов (C)

Трансформаторный измерительный мост обладает преимуществом измерительных мостов переменного тока – простотой задания точного отношения напряжений посредством трансформатора. В отличие от делителей напряжения, построенных из резисторов, конденсаторов или катушек индуктивности, трансформаторы в течение длительного времени сохраняют постоянным установленное отношение напряжений и редко требуют повторной калибровки. На рис. представлена схема трансформаторного измерительного моста для сравнения двух однотипных полных сопротивлений. К недостаткам трансформаторного измерительного моста можно отнести то, что отношение, задаваемое трансформатором, в какой-то степени зависит от частоты сигнала. Это приводит к необходимости проектировать трансформаторные измерительные мосты лишь для ограниченных частотных диапазонов, в которых гарантируется паспортная точность.

Рис. - Трансформаторный измерительный мост переменного тока для сравнения однотипных полных сопротивлений

Измерительные мосты необходимо тщательно заземлять и экранировать, чтобы паразитные емкости между разными частями схемы моста не вносили ошибку при уравновешении плеч моста.

Процесс уравновешения плечей моста сводится к подбору таких сопротивлений в регулируемых плечах, чтобы ток через детектор D равнялся нулю.В измерительных мостах переменного тока чаще всего применяются нуль-детекторы двух типов. Нуль-детектор одного из них представляет собой резонансный усилитель с аналоговым выходным прибором, показывающим уровень сигнала. Нуль-детектор другого типа – это фазочувствительный детектор, который разделяет сигнал разбаланса на активную и реактивную составляющие и пригоден в тех случаях, когда требуется точно уравновешивать только одну из неизвестных составляющих (скажем, индуктивность L, но не сопротивление R катушки индуктивности).