AC šķērtpūļu veidošana un darbība

Maiņas šķērsla ir nekas cits kā elektriskās shēmas konfigurācija, kas tiek izmantota nezināmu rezistīvitāšu, impedancu, indukciju un kapacitācijas vērtību mērīšanai. Dažādas maiņas šķērslas, piemēram, Vētstona šķērsla, Meksvela šķērsla, Kelvina šķērsla un daudz citas, ir ļoti noderīgas precīzu mērījumu veikšanai, strādājot pa to pašu principu. Lūk, īss apraksts par dažu šķērslu darbības principiem:

Vētstona šķērsla

Vētstona šķērsla ir elektriskā shēma, kas tika izstrādāta Čārlsa Vētstona, un tā tiek izmantota, lai noteiktu nezināmas elektriskās rezistances vērtību shēmā. Vētstona šķērsla ir ļoti spējīga aprēķināt ļoti zemas vērtības rezistances, ko citi instrumenti, piemēram, multimetr, neaprēķina precīzi.

Vētstona šķērslas shēma ir diamanta formā ar četriem rezistoriem. Tā ir divu paralēlu nogāžu apvienojums, katrā nogāzē ir divi sērijas savienojumā ievietoti rezistori. Treša nogāze ir savienota starp abām paralēlajām nogāzēm kādā punktā nogāžu iekšpusē, kā attēlotā diagrammā. No četriem rezistoriem viena rezistances vērtība var tikt noteikta, līdzsverot divas nogāzes. No četriem rezistoriem divu rezistoru R1 un R3 vērtības ir zināmas, R2 vērtība ir pielāgojama, bet Rx vērtība jāaprēķina. Pēc tam šis pielāgojums tiek savienots ar elektroenerģijas avotu un galvanometrs starp termināli D un termināli B. Tagad pielāgojamā rezistora vērtība tiek pielāgota, līdz divu nogāžu rezistances attiecība kļūst vienāda, t.i. (R1/ R2) = (R3/Rx), un galvanometrs rāda nulles vērtību, jo strāva aptauko cauri shēmai. Tagad shēma ir līdzsvarā, un nezināmā rezistora vērtība var viegli tikt mērīta. R3 lasījums nosaka strāvas plūsmas virzienu.

Meksvela šķērsla

Meksvelas indukcijas šķērslas darbības princips ir tāds pats kā Vētstona šķērslas. Tikai ir veikti nedaudzi pielāgojumi Vētstona šķērslā. Šajā šķērslā četras nogāzes sastāv no nezināmas induktances (L1), mainīgā kapacitors (C4), četriem rezistoriem un detektora vietā galvanometrs, kā attēlotā diagrammā. Tā tiek izmantota, lai mērītu indukcijas vērtību, salīdzinot nezināmo vērtību ar standarta mainīgo kapacitāciju.

Šķērslas pamatprincips ir kompensēt nezināmā impēdansa pozitīvo fāzes leju ar kapacitānces negatīvo fāzes leju, to ievietojot pretējā nogāzē. Tādējādi potenciālvoltmetra starpniekā atradīsies nulle, un cauri tam neatplūs strāva. Kapacitors C4 un rezisors R4 ir savienoti paralēli, un abu vērtības tiek pielāgotas, lai šķērsla būtu līdzsvarā.

Kelvina šķērsla ir vēl viena Vētstona šķērslas modifikācija, kas tiek izmantota, lai mērītu zemas rezistīvitāšu vērtības diapazonā no 1mΩ līdz 1kΩ ar lielu precizitāti. Precīzi mērījot zemas rezistances, nepieciešams augsts spriegums un jūtīgs galvanometrs Kelvina šķērslā. Mērījot zemas rezistīvitāšus, savienojuma vadi rezistīvitate spēlē svarīgu lomu. Tieks izmantota Vētstona šķērsla, kurai ir divi papildu rezistori, kā attēlotā diagrammā. Rezistori R1 un R2 ir savienoti ar otru attiecību nogāzi un izveidotas četras terminālu rezistors. Šeit R ir nezināms, bet S ir standarta rezistors. Galvanometrs tiek ievietots starp c un d, lai savienojuma vada rezistīvitate r varētu tikt ignorēta un nesadarbotos ar mērījuma vērtību. Līdzsvara stāvoklī galvanometrs rāda nulli, un cauri shēmai neatplūst strāva. Līdzsvara stāvoklī vienādojums ir:

Haja šķērsla shēma

Haja šķērsla ir vēl viena Meksvela šķērslas shēmas variācija. Meksvela shēmā rezistors tiek uzmest paralēli kapacitoram, savukārt Hajas shēmā rezistors ir savienots sērijā ar standarta kapacitoru, kā attēlotā diagrammā. Tas ir ļoti noderīgi, ja induktīvā impēdansa fāzes leja ir ļoti liela, ko var novērst, izmantojot zemu rezistenci sērijā.

Andersona šķērsla

Andersona šķērsla ir modificēta versija no Meksvela indukcijas kapacitāces šķērslas. Tā tiek galvenokārt izmantota, lai mērītu savainductanci spīņā, izmantojot standarta kapacitoru un rezistorus. Šīs šķērslas galvenais priekšrocība ir tā, ka tai nav nepieciešama bieža šķērslas līdzsvara veidošana. Lai līdzsvertu šķērslu ar pastāvīgo strāvu, tiek pielāgota mainīgā rezistences vērtība r, un AC avots tiek aizvietots ar bateriju un auskarni, izmantojot gāļveida galvanometru. Kad šķērsla ir līdzsvarā, termināla D potenciāls ir līdzīgs termināla E potenciālam. Atbilstošos nogāžos plūstošās strāvas tiek apzīmētas ar I1, I2 un I3, kā attēlotā diagrammā.