nikitm napięcia (na rysunku - IDN) IDN jest współcześnie najdoskonalszym urządzeniem do realizagi podziału napięcia przemiennego z dużą dokładnością i dużą rozdzielczością, podziału napięcia przemiennego o dość dużym paśmie częstotliwości 1
Drugi transformator w mostku jest komparatorem prądów zmiennych (oznaczenie KP na rysunku) Taki transformator jest tu stosowany „w stanie zwarcia prawie doskonałego" Wzbudzane pole magnetyczne przez uzwojenie n, jest zawsze przeciwnie skierowane niż pole wzbudzone przez uzwojenie /i„ a rezystancje uzwojeń komparatora (i ewentualnie detektora) są możliwie małe Tak więc w stanie zrównoważenia komparatora strumienie magnetyczne db i 0. (lub równoważnie składowe dfc, <łV, całkowicie znoszą się, a więc SEM indukowana w uzwojeniach równa się zeru, to znaczy również w obwodzie detektora nie ma napięcia (i me ma prądu) To stwierdzenie jest oczywiście w przybliżeniu prawdziwe ze względu choćby na rezystancję uzwojeń i spadki napięcia na tych rezystancjach. Taką niedoskonałość próbuje się korygować wprowadzając np elektroniczny układ korekcji Komparator prądu umożliwia nie tylko wyznaczenie stosunku prądów doprowadzonych do jego uzwojeń pierwotnych na podstawie stosunku liczby zwojów tych uzwojeń, ale równocześnie z komparatora otrzymuje się napięcie wyjściowe odpowiednie do stopnia niezrównowazenia, którego obecność wykrywa się za pomocą detektora zera (D na rys 4 11)
W komparatorze można składać wektorowo prądy przemienne płynące w niezależnych obwodach i niezależnych uzwojeniach (separowanych galwanicznie - rys 4 I Ib), dzięki czemu prąd odpowiadający unpedancji Z, można zrównoważyć sumą wektorową prądów, np obwodu z i obwodu z Cw Taka możliwość wykorzystana jest do niezależnego równoważenia mostka ze względu na każdą ze składowych impedancji Z, za pomocą nastawiania liczby zwojów, a me za pomocą nastawy wielkości wzorca odpowiedniej składowej, co byłoby metrologicznie gorsze (gorsze pod względem dokładności). Możliwość niezależnego sumowania wykorzystywana jest tez do porównywania za pomocą mostka składowej indukcyjnej impedancji ze składową pojemnościową impedancji, co umożliwia użycie lepszych (na ogół) wzorców pojemności do pomiaru indukcyjności Potrzebna jest wówczas znajomość z dużą dokładnością częstotliwości prądu zastosowanego w mostku, co nie stanowi problemu
W uzwojeniu stosunkowym IDN w obwodzie impedancji Z* indukuje się napięcie U. = k0iNx, a w obwodzie impedancji wzorcowej Z„ (złożonej z Cm, /?«,) - napięcie Um - k0:N*, gdzie k jest współczynnikiem proporcjonalności Pod wpływem tych napięć w każdym z obwodów będą płynęły prądy o natężeniu odpowiednio /, = V‘/Zi oraz /. • Um/U (zakłada się, że impedancja zwarciowa IDN oraz impedancja wejściowa KP są równe zeru) Prądy te w uzwojeniach n, i n. komparatora (KP) wzbudzą siły magnetomotoryczne odpowiednio nj, oraz njw W stanie zrównoważenia (komparatora) wzbudzane w komparatorze prądów strumienie 0, i 0cr zerują się, a więc i siły magnetomotoryczne też muszą się zerować, muszą być równe (muszą być w równowadze), czyli nla = /*/!„. Podstawiając obliczone wcześniej wielkości prądów w poszczególnych obwodach do ostatniego równania wyrażającego równowagę sil magnetomotorycznych w komparatorze otrzymamy:
k0,N, U0Mi
z-"* "z-
*«»
z czego po uproszczeniu, przekształceniu i porównaniu ze sobą składowych rzeczywistych i urojonych impedancji otrzymuje się zależności na składowe, np. C,. i R,.
Przydatność IDN w dokładnym miernictwie elektrycznym do podziału napięcia z dużą dokładnością i dużą rozdzielczością można zilustrować przykładem kosuukcji przyrządu (oferowanego handlowo), w którym zrealizowano podział napięcia stałego w układzie z IDN. W tym celu napięcie stale trzeba było przctwarzyć na zmienne, podzielić w IDN i po podzieleniu przetworzyć z powrotem na napięcie stale. Taka złożona sekwencja operacji okazuje się technicznie skuteczna i opłacalna pod względem dokładności
C. -Cm
(4 IS)
Konstruktor projektuje tak przekładnie IDN i komparatora KP, żeby nastawiając przekładnie zastosowanych transformatorów można było otrzymać duży zakres pomiarowy i dużą rozdzielczość nastawy przekładni przy jednomiarowych wzorcach (np jeden kondensator i jeden rezystor wzorcowy). Konstruktor zapewnia równocześnie możliwość łatwego odczytu wyniku pomiaru (np w systemie dziesiętnym) i we właściwych jednostkach
Ryi. 4.12. Wyjaśnienie zjawiska pomiarowego wyodrębniania mierzonej pojemności z układu pojemności sprzężeń a - fragment schematu mostka transformatorowego przedstawionego na rys 4 I la. b -przejście od schematu impedancji pojemnościowej do równoważnego schematu pojemności; c -połączenia zaciskami mostka, gdy ma być mierzona pojemność Cni d - jak w c. lecz jest mierzona Cni e • jak w c, lecz jest mierzona pojemność C»
Wyjaśnimy obecnie ideę pomiarowego wyodrębniania mierzonej pojemności z układu pojemności sprzężeń O takiej możliwości wyodrębniania w mostku transformatorowym juz wspominaliśmy
Na rysunku 4 I2a pokazano fragment schematu mostka transformatorowego z rys 4 lla, fragment obejmujący obwód z impedancją mierzoną Z, obiektu, którym jest realny kondensator Na rysunku 4 12b pokazano schemat równoważny układu pojemności głównej Cu oraz pojemności sprzężeń do ekranu Cu oraz C» Zauważmy, że pojemności sprzężeń obejmują nie tylko sprzężenia do ekranu okładzin kondensatora, lecz również (o wiele większe) pojemności doziemne np przewodów ekranowanych.
_