Mostek Wheatstone’a, Maxwella, Sauty’ego-Wiena

Prezentacja na temat: "Mostek Wheatstone’a, Maxwella, Sauty’ego-Wiena"— Zapis prezentacji:

1 Mostek Wheatstone’a, Maxwella, Sauty’ego-Wiena
Metody mostkowe Mostek Wheatstone’a, Maxwella, Sauty’ego-Wiena

2 Rodzaje przewodników

3 Wybrane Metody Pomiaru Składowych Impedancji
Do pomiaru rezystancji rezystorów, rezystancji i indukcyjności cewek, pojemności i stratności kondensatorów stosuje się najczęściej metody techniczne i mostkowe. Metody techniczne są mało dokładne (3 – 5 %). Zaletą ich jest prostota pomiaru i możliwość dopasowania parametrów układu (jak prąd, napięcie lub częstotliwość) do punktu pracy mierzone-go elementu. Jest to szczególnie ważne podczas pomiaru rezystancji i indukcyjności cewek, gdyż straty w żelazie zależą od indukcji i często- tliwości, a indukcyjność cewek od przenikalności magnetycznej.

4 Wybrane Metody Pomiaru Składowych Impedancji
Zakres częstotliwości pomiarowych przy wyznaczaniu impedancji metodami technicznymi jest ograniczony przede wszystkim właściwościami zastosowanych przyrządów. Najbardziej rozpowszechnione są przyrządy przeznaczone do pomiarów przy częstotliwości 50 Hz. Pomiary przy większych częstotliwościach wymagają dobrania nie tylko odpowiednich mierników napięcia i natężenia prądu, lecz także odpowiednich źródeł zasilających – o wymaganych zakresach napięcia i częstotliwości, wy-starczającej mocy itp. W miarę wzrostu częstotliwości, w układach po-miarowych występują coraz silniejsze wpływy zakłócające (wielkości resztkowych, indukcyjnościowych oraz pojemnościowych sprzężeń itp.), które dodatkowo ograniczają możliwości zastosowania omawianych metod technicznych. Metody techniczne stosowane są w zakresie często-tliwości akustycznych (10 Hz – 10 kHz).

5 Wybrane Metody Pomiaru Składowych Impedancji
W obwodach prądu sinusoidalnie zmiennego, impedancję Z można wyznaczyć korzystając z definicji: tzn. pośrednio, poprzez pomiar napięcia U i natężenia prądu I. Taka koncepcja pomiaru impedancji i jej składowych może być realizowana kilkoma metodami, które przyjęto nazywać metodami technicznymi. Na rys. poniżej przedstawiono układy pomiarowe, w których na postawie wskazań odpowiednich mierników oblicza się w następujący sposób pa-rametry badanej impedancji:

6 Wybrane Metody Pomiaru Składowych Impedancji

7 Wybrane Metody Pomiaru Składowych Impedancji

8 Wybrane Metody Pomiaru Składowych Impedancji
Jeżeli mierzona reaktancja ma charakter indukcyjny to wartość indukcyjności oblicza się ze wzoru: Przy pomiarze reaktancji o charakterze pojemnościowym, pojemność wyznacza się ze wzoru:

9 Wybrane Metody Pomiaru Składowych Impedancji
a kąt stratności ze wzoru: Określając wartości impedancji ze wskazań mierników popełnia się błąd systematyczny metody spowodowany impedancjami wewnętrznymi przyrządów pomiarowych. Wykresy wskazowe przedstawione na rys pozwalają ocenić, które impedancje mierników będą wpływać na błąd pomiaru: W pierwszym układzie wyznaczana jest łączna impedancja badanego elementu, amperomierza i toru prądowego watomierza

10 Wybrane Metody Pomiaru Składowych Impedancji

11 Wybrane Metody Pomiaru Składowych Impedancji
Warunki równowagi mostka mogą być wyprowadzone z ogólnego schematu jak na rys. w którym dla Ig = 0 ogólny warunek równowagi mostka czteroramiennego wynosi

12 Wybrane Metody Pomiaru Składowych Impedancji
a szczegółowe warunki równowagi, które muszą być spełnione równo-cześnie, są równe: Z równań tych można bezpośrednio wyznaczyć moduł i kąt fazowy ba- danej impedancji. Jeżeli przedmiotem pomiarów są składowe czynna i bierna badanej impedancji, to dogodniej jest korzystać z ogólnego wa- runku równowagi (14.31) zastępując go dwoma równaniami, pochodzą-cymi z oddzielnego porównania części rzeczywistych i urojonych. Na przykład dla mostka o ramionach:

13 Wybrane Metody Pomiaru Składowych Impedancji
Przedstawione równania równowagi odnoszą się do układu mostka czteroramiennego. W przypadku mostków wieloramiennych można sko-rzystać z analogicznych równań, po uprzednim przekształceniu układu do mostka czteroramiennego.

14 Wybrane Metody Pomiaru Składowych Impedancji
Podstawowymi podzespołami konstrukcyjnymi układu mostkowego obok wskaźnika zera oraz źródła zasilającego – są impedancje ramion, zestawione z elementów R, L, C, które w zależności od wzajemnych kombinacji połączeń mogą tworzyć dowolnie wiele struktur. W praktyce liczba stosowanych układów mostkowych jest ograniczona. Celowe jest stosowanie możliwie prostych struktur impedancji. Jest to podyktowane dążnością do zmniejszenia liczby błędów wnoszonych przez poszcze-gólne elementy, osiągnięcia jak najlepszej czułości oraz dążnością do otrzymania możliwie prostych równań równowagi.

15 Wybrane Metody Pomiaru Składowych Impedancji

16 Wybrane Metody Pomiaru Składowych Impedancji
Mostek Wheatstone’a

17 Wybrane Metody Pomiaru Składowych Impedancji
Mostek Wheatstone’a

18 Wybrane Metody Pomiaru Składowych Impedancji
Mostek Wheatstone’a

19 Wybrane Metody Pomiaru Składowych Impedancji
Mostek Wheatstone’a (analiza stałoprądowa)

20 Wybrane Metody Pomiaru Składowych Impedancji
Mostek Maxwella ze wzorcem pojemności.

21 Wybrane Metody Pomiaru Składowych Impedancji
Mostek Sauty’ego-Wiena.

22 Wybrane Metody Pomiaru Składowych Impedancji
Mostek transformatorowy z transformatorem przyłączonym od strony zasilania

23 Metoda czteropunktowa
Główną zaletą tej metody jest niezależność wyniku pomiaru od rezystancji przewodów pomiarowych. Jest to bardzo istotne w przypadku pomiarów małych rezystancji.

24 Metoda czteropunktowa

25 Metoda czteropunktowa

26 Metoda czteropunktowa

27 Metoda czteropunktowa

28 Metoda czteropunktowa (mikro)

29 Metoda czteropunktowa (mikro)

30 Metoda czteropunktowa (mikro)

31 Obrazowanie rozkładu pola magnetycznego

32 Obrazowanie rozkładu pola magnetycznego

33 Obrazowanie rozkładu pola magnetycznego

34 Obrazowanie rozkładu pola magnetycznego

35 Metody pomiaru pola magnetycznego
Efekt Halla

36 Metody pomiaru pola magnetycznego

37 Metody pomiaru pola magnetycznego

38 Metody pomiaru pola magnetycznego

39 Metody pomiaru pola magnetycznego
Efekt Halla - Generalnie duże pola magnetyczne