Les ponts de mesure AC et leur utilisation

Dans les circuits AC, les circuits en pont sont utilisés à des fins de mesure. Ces schémas permettent de déterminer les valeurs des condensateurs et des inductances, les tangentes de l'angle des pertes diélectriques des condensateurs, ainsi que les inductances mutuelles des bobines.

Les ponts AC de mesure sont des schémas complètement différents, ils seront discutés ci-dessous. Les plus populaires sont les ponts équilibrés à quatre bras, où les processus de mesure des inductances, des capacités et des tangentes de pertes diélectriques peuvent s'accompagner d'une compensation des paramètres parasites.

Deux groupes de ponts de mesure de courant alternatif sont particulièrement expressifs : les ponts transformateurs (avec bras à couplage inductif) et les ponts capacitifs. Les ponts capacitifs sont des circuits à quatre bras dans lesquels des éléments capacitifs et actifs sont installés dans les bras. Les ponts transformateurs sont caractérisés par la présence d'enroulements secondaires du transformateur dans deux bras qui servent à alimenter le pont.

Quant aux circuits capacitifs, ils peuvent comprendre à la fois des résistances à capacité constante et variables (actives), et des résistances constantes (actives) et des capacités variables. Un pont à capacité constante est plus facile à construire car il n'a pas besoin de condensateurs variables spécialement dimensionnés, à la place il y a une alimentation suffisante de résistances (résistances actives).

Grâce aux résistances variables, le circuit en pont peut être équilibré par rapport aux composants de tension réactifs et actifs. Une résistance variable est calibrée selon des valeurs de capacité, l'autre selon des valeurs de tangente de perte diélectrique. En conséquence, un circuit série équivalent du condensateur étudié est obtenu. L'égalité suivante reflétera cet état d'équilibre du pont, et la mise en équation des parties imaginaires et réelles ne donnera que les valeurs des grandeurs recherchées :

Mais en réalité, des paramètres parasites apparaissent toujours et donnent déjà des erreurs aux fréquences audio. Les inductances parasites, les capacités, les conductances sont sources de ces erreurs, la précision de la mesure de l'angle de perte diélectrique est menacée. Les mesures pour réduire l'influence de ces facteurs sont l'enroulement non inductif et capacitif de la première résistance. Mais en fait, il est simplement nécessaire de bien compenser ces influences.

Ainsi, pour compenser l'inductance parasite, le condensateur trimère est connecté en parallèle avec la deuxième résistance. De plus, des capacités parasites et des résistances parasites proviennent de la présence de pièces isolantes et du transformateur, il est donc nécessaire de doubler le blindage du transformateur lui-même.Pour réduire l'effet de capacité et de conductivité des pièces, elles sont constituées de diélectriques de haute qualité, tels que le fluoroplastique. Un générateur de fréquence audio convient comme source d'alimentation.

Les résistances constantes utilisées dans les ponts offrent un avantage : il n'est pas nécessaire de calibrer une résistance variable. Dans les bras, il n'y a qu'une résistance constante, un condensateur constant et des condensateurs variables. Des mesures de leurs capacités sont possibles directement. La capacité étudiée est simplement connectée aux bornes, après quoi le pont est équilibré en ajustant les condensateurs variables.Les calculs sont effectués selon les formules à partir desquelles on peut voir que l'échelle de la tangente est obtenue directement à partir de la formule à capacité variable, puisque la résistance et la fréquence sont inchangées :

Les ponts de mesure à bras inductifs (ponts transformateurs) sont supérieurs aux ponts capacitifs sur plusieurs points : sensibilité plus élevée en termes de tangente et de capacité, faible influence des conductances parasites connectées, de toute façon, en parallèle aux bras.

Les transformateurs multi-sections peuvent considérablement étendre la plage de fonctionnement (échelle de mesure) du pont. Il existe plusieurs conceptions typiques de pont de transformateur, mais le plus populaire est le pont à double transformateur :

La chaîne est entièrement réglée en énumérant le nombre de tours; il n'a pas besoin de condensateurs variables ou de résistances variables. De cette manière, il est possible de créer des compteurs avec une large gamme de transformateurs multi-sections, et un minimum d'éléments d'échantillonnage est requis.

Ici, les circuits sont isolés galvaniquement, c'est-à-dire qu'il est évident que les interférences dues aux connexions parasites sont minimes, donc les fils de connexion peuvent être relativement longs. Les équations suivantes sont valables lorsque le pont est en équilibre :

Comme vous le savez, lorsqu'il s'agit de mesurer les capacités des condensateurs, les pertes actives sous la forme de la tangente de perte diélectrique sont au premier plan. Ainsi, selon ce paramètre, les condensateurs sont divisés en trois groupes (et les circuits équivalents, respectivement, à cette fréquence diffèrent):

Les rapports suivants reflètent l'impédance d'un condensateur dans un circuit alternatif et sa tangente dans des circuits équivalents en série et en parallèle :

La mesure de la capacité d'un condensateur sans perte est effectuée selon le schéma suivant, où deux bras actifs déterminent les limites de mesure par le rapport de leurs valeurs, et la capacité de l'échantillon est variable. Ici, dans le processus de mesure, les rapports des résistances sont sélectionnés, la valeur de la capacité de l'échantillon est modifiée. L'expression d'équilibre du pont est :

La mesure de la capacité à faible perte est effectuée selon le schéma de séquence de remplacement du condensateur, tout en équilibrant le pont en modifiant la capacité et la résistance active, atteignant la lecture minimale de l'échelle de l'indicateur zéro. La condition d'égalité donne les expressions suivantes :

Les condensateurs avec des pertes diélectriques importantes nécessitent dans le circuit équivalent la résistance à connecter en parallèle avec l'échantillon, selon le schéma ci-dessus. La formule de la tangente ressemblera à ceci :

Ainsi, à l'aide de ponts, il est possible de mesurer les capacités de condensateurs réels avec des valeurs nominales allant d'unités de pF à des dizaines de microfarads et avec une grande précision (de 1 à 3 ordres de grandeur).

En mesurant l'inductance à l'aide de l'approche décrite ci-dessus, il est possible de comparer avec des capacités et pas nécessairement avec des inductances, car la création d'une inductance variable précise n'est pas une tâche facile. Ils utilisent donc des circuits équivalents à capacité d'échantillonnage au lieu d'inductances. La condition d'équilibre permet de trouver résistance et inductance, le résultat s'écrit sous la forme suivante :

Vous pouvez également trouver le facteur Q :

Bien sûr, la capacité tour à tour donnera de petites distorsions, mais celles-ci s'avèrent souvent négligeables.