Medições da ponte

Circuito de ponte - um esquema para conectar os elementos de um circuito elétrico (resistências, diodos retificadores, etc.), caracterizado pela presença de um ramo de ponte entre dois pontos do circuito que não estão diretamente conectados à fonte de energia elétrica. O circuito da ponte é baseado no circuito da ponte de Wheatstone (Fig. 1).

O princípio de operação do circuito da ponte é baseado no fato de que quando a relação de impedâncias nos braços da ponte é igual a За / Зб = ЗНС/Зд não há corrente na diagonal da ponte (no dispositivo indicador ). Ao aumentar a sensibilidade do indicador de zero, é possível obter uma igualdade muito precisa das relações de impedância no circuito da ponte. As medições da ponte são baseadas neste princípio.

Arroz. 1. Diagrama da Ponte (Diagrama da Ponte de Wheatstone)

As fontes de alimentação para circuitos de ponte podem ser fontes CC ou CA. O balanceamento da ponte é completamente independente das flutuações da tensão de alimentação.

Medições em ponte — Métodos de medição dos parâmetros de circuitos elétricos de corrente contínua (resistência CC, corrente) e de corrente alternada (resistência ativa, capacitância, indutância, indutância mútua, frequência, ângulo de perda, fator de qualidade etc.) cadeias de pontes. As medições de ponte também são amplamente utilizadas para medições elétricas de quantidades não elétricas usando sensores - conversores intermediários da quantidade medida em um parâmetro funcionalmente relacionado do circuito elétrico.

As medições de pontes são realizadas usando pontes de medição (instalações de pontes) pertencentes à categoria de dispositivos de comparação. Em geral, eles são baseados no uso de um determinado circuito elétrico composto por várias resistências conhecidas e uma desconhecida (medida), alimentadas por uma única fonte e equipadas com um dispositivo indicador.

Ao alterar as resistências conhecidas, este circuito é ajustado até que uma determinada distribuição de tensões, indicada pelo ponteiro, seja alcançada em seções individuais do circuito. É óbvio que uma dada relação de tensões também corresponde a uma relação definida de resistências do circuito, pela qual é possível calcular a resistência desconhecida se as outras resistências forem conhecidas.

Historicamente, a primeira, mais simples e mais comum versão das medições de ponte foi realizada por meio de uma ponte balanceada com quatro braços, que é um circuito em anel de 4 resistores (pontes de "braço"), no qual a fonte de alimentação e o ponteiro são conectados diagonalmente a vértices opostos, sob a forma de «pontes» (fig. 2).

Arroz. 2.

Se a condição R1R3 = R2R4 for atendida (respectivamente, Z1Z3 = Z2Z4 em corrente alternada), a tensão na saída do circuito da ponte (independentemente da tensão de alimentação) é zero (Ucd = 0), ou seja, a ponte é " equilibrado «, que é indicado por um ponteiro zero .

O estado estável da ponte DC correspondente à condição R1R3 = R2R4 pode ser alcançado ajustando apenas um parâmetro variável e também permite que apenas uma resistência desconhecida seja determinada.

Para alcançar o complexo estado de equilíbrio de corrente alternada Z1Z3 = Z2Z4, que se decompõe quando os valores complexos das resistências Z = R + jx são substituídos em duas condições independentes, pelo menos dois parâmetros variáveis ​​devem ser ajustados. Neste caso, é possível determinar simultaneamente dois componentes da resistência complexa (por exemplo, L e R ou L e Q, C e tgφ, etc.).

Uma variedade de pontes CA de quatro braços são pontes ressonantes... Além de quatro braços, esquemas de pontes mais complexos são usados ​​\u200b\u200b- pontes duplas em corrente contínua (Fig. 3) e braços múltiplos (seis ou sete braços) - em alternância corrente (por exemplo, Fig. 4) . As condições de equilíbrio para esses circuitos, é claro, diferem daquelas dadas acima.

Arroz. 3.

Arroz. 4.

As pontes podem ser usadas tanto no modo balanceado quanto no desbalanceado. Neste último caso, o resultado da medição é determinado sem ajustar as resistências, diretamente da corrente ou tensão na saída do circuito da ponte, que são funções da resistência medida e da tensão de alimentação (esta última deve ser estável). O dispositivo de saída é calibrado diretamente no valor medido.

As medições de ponte CA podem ser usadas em mais dois modos: quase balanceado e meio balanceado. Este último é caracterizado pelo fato de que o circuito convencional de quatro braços (Fig. 2) é ajustado usando apenas um parâmetro variável até que a tensão de saída mínima seja obtida (equilíbrio total, ou seja, Ucd = 0, o que requer o ajuste de dois parâmetros, neste caso é inacessível).

O momento de atingir a tensão mínima Ucd ​​pode ser determinado diretamente a partir de um simples ponteiro na saída do circuito, ou mais precisamente - indiretamente - com base, por exemplo, nas relações de fase dos vetores de tensão do circuito da ponte ocorrendo no momento de semi-equilíbrio.

No segundo caso, os equipamentos experimentais e indicadores são semelhantes aos usados ​​no modo quase balanceado. Os componentes da resistência medida são determinados: um - do valor do parâmetro variável no momento do meio-equilíbrio, o outro - da tensão de saída da ponte. A tensão de alimentação deve ser estabilizada.

O balanceamento das pontes de medição pode ser feito diretamente por uma pessoa (pontes com guiamento manual) ou com a ajuda de um dispositivo automático (pontes de medição automática).

As medições de ponte são usadas tanto para medir valores de resistência quanto para determinar os desvios desses valores de um determinado valor nominal. Eles estão entre os métodos de medição mais comuns e avançados. As pontes produzidas em série têm classes de precisão de 0,02 a 5 para corrente contínua e de 0,1 a 5 para corrente alternada.