電橋的準(zhǔn)動度、誤差和防護(hù)問題

當(dāng)指零儀共有足夠靈敏度時，電橋的準(zhǔn)確度主要取決于橋臂元件的基本誤差(即標(biāo)準(zhǔn)量具的基本誤差)。這些誤差與設(shè)計的元件結(jié)溝和制造工藝等有關(guān)。由于存在著各種干擾因素，電橋的實際準(zhǔn)確度往往低于各元件組合后應(yīng)有的準(zhǔn)確度。例如，雜散電場、磁場和寄生的容性及阻性漏電流等。采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施后仍然可能存在少量干擾因素，因而使得電橋準(zhǔn)確度低于元件組合后應(yīng)有的準(zhǔn)確度。在額定工作的條件下(一定的量限范圍內(nèi)，電源電壓數(shù)值和穩(wěn)定度、頻率、波形以及周圍環(huán)境溫度等符合額定工作條件的要求)，電橋的準(zhǔn)確度是確定的。
    電橋的準(zhǔn)確度表示法，目前尚未*統(tǒng)一。直流電橋山于使用單一性質(zhì)的電阻元件，準(zhǔn)確度表示較為簡單，通常采用準(zhǔn)確度來表示.它表示某一量限范圍內(nèi)測量潔果的誤差限。交流電橋一般可按備檔從限值的百分率再附加一位尾數(shù)來表示。例如，某種電橋測電容值，在40—2 x 10pF范圍內(nèi)其基本誤差為土(0.5%十5 PF)。每一檔雖限的準(zhǔn)確度不一定相同，因此，測量時應(yīng)根據(jù)被測量的數(shù)值范圍選擇適當(dāng)?shù)谋堵屎土肯奘箿y量誤差盡可能小些。
    目前交流電橋的技術(shù)說明書中，有的用基本誤差表示準(zhǔn)確度，也有用準(zhǔn)確度或度等來表示側(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度，其含義基本本相近.
    下面介紹交流電橋的防護(hù)間題，這對于設(shè)計、制造和使用者都是一個重要的問題。防護(hù)方法和措施將涉及列交流電價的線路設(shè)計、工藝結(jié)構(gòu)布置以及實際使用的注意事項。因此必須從原理和方法上加以理解和掌握。下面分幾個方面分別加以說明。
    (1)交流電橋的干擾特點和各種干擾因素
    在經(jīng)典電橋中，交流電橋與直流電橋在結(jié)構(gòu)上主要區(qū)別，是在一般情況下組成橋臂的元件性質(zhì)不同。直流電橋的橋臂元件是電限，而交流電橋的橋臂除電阻外，還有電感、電容等元件。另一個重要的區(qū)別是受干擾的特點不同。由于結(jié)構(gòu)和工作原理的差異，兩種電橋受干擾具有如下的特點:1)干擾的數(shù)量級不同—直流電橋的各部件泄漏電流(或稱寄生漏電流)主要是電阻性的傳導(dǎo)電流(途徑是絕緣支架)，由于一般工作電壓較低而由絕緣不良所引起的阻性傳導(dǎo)電流數(shù)量級小。其它由于接觸和溫差
電勢以及外界內(nèi)部各種恒定電磁場對電橋也影響較小。而交流電橋的泄漏電流除來自阻性傳導(dǎo)電流外，尚有來自內(nèi)部或外界空間交變電場所引起的容性泄漏電流和交變磁場所引起的感應(yīng)耦合電勢或電流。對于容性泄漏和感性耦合的干擾，其數(shù)量級遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于阻性泄漏干擾。例如，當(dāng)頻率在1kHz時通常的容性泄漏比阻性泄漏能大三到四個數(shù)量級，2)千擾的方式不同—直流電橋所受的干擾主要是定向的和靜止的，而交流電橋所受的干擾則是非定向的和變化的，且多半來自空間干擾。
    交流電橋的干擾因素很多，一般可分內(nèi)兩類:1)內(nèi)部因素—元件與元件問的容性泄漏，元件對地的容性泄漏,，元件與元件間的互感耦合，元件和線路間(包括被測對象、指零儀和電源等)的容性泄漏和感性耦合。2)外部因素—元件和線路對周圍物體(包括實驗者的身體)的容性泄漏，這都可歸結(jié)到對地電容泄漏，外部電流回路對元件和線路的電感性耦合，外界其它雜散交變電場、磁場或電磁場等。除以上各種干擾因素之外，尚有潛入電源的各種非工作信號和由非線性元件(如鐵心)所引起的畸變成分等，某些指零儀的放大器非線性會產(chǎn)生交叉調(diào)制現(xiàn)象，諸如此類對電橋直接或間接地起著干擾用。
    各種干擾因素所帶來的后果是:1)](接改變橋臂參數(shù)，從而改變平衡條件，這樣電橋只能達(dá)混有寄生參數(shù)所引起附加誤差的表面上平衡，因此所得的讀數(shù)并非是比有的真實讀數(shù)，2)有時某些寄生參數(shù)隨周圍環(huán)境或操作條件的變化，偶然因素也會使寄生效應(yīng)不穩(wěn)定，因此測 結(jié)果不易穩(wěn)定，3)在寄生參數(shù)影響嚴(yán)重的情況下可能導(dǎo)致電橋無法達(dá)到平衡；4)某些高電壓工作的電橋，寄生漏電流的干擾將對儀器和操作者產(chǎn)生危險。
    (2)交流電橋的寄生參數(shù)
    交流電橋的各橋臂元件、指零儀和電源等部件工作時，工作電流將在它們的周圍空間或多或少地產(chǎn)生交變磁場，元件、部件端點或繞組層間(對于電感等)，板間(對于電容)以及元件對地之間將具有電位差，從而在周困空間相應(yīng)地出現(xiàn)交變電場和泄漏電流。這些因素使得元件形成附加的電感、電容和一定數(shù)量的泄漏電限，如圖2-21所示。在大多數(shù)場合下，這些附加的寄生參數(shù)中，電容效應(yīng)般為明顯，尤其在頻率較高的情況下更為顯著。故我們將著重討淪寄生電容參數(shù)。
                    
    一般情況下寄生電容大小是隨導(dǎo)體間空間距離、位置而變化，而且往往是不穩(wěn)定的。因此，必須采取相應(yīng)的防護(hù)措施來消除其影響或?qū)⑺鼈兎€(wěn)定下來，以便在測量結(jié)果中扣除。以對地的寄生電容為例來討論它們的情況，圖2-22所示是用集中參致等效地表示寄生電容(虛線相連部分)，這樣便于定性地分析和采取防護(hù)對策。
                
    (3)交流電橋受干擾的表觀檢查法
    一般交流電橋的結(jié)構(gòu)已基本上考慮了防護(hù)措施，尤其是精密交流電橋。似使用者尚需根據(jù)使用注意事項做到心中有數(shù)。例如:檢查接地是否可靠，對于外接指零儀成電源應(yīng)檢查它們是否已有防干擾的措施，有時對于某些低準(zhǔn)確度的電橋，其防護(hù)措施簡陋，還有自接的交流電橋，由于元件安排不當(dāng)和缺少應(yīng)有的防護(hù)措施，受干擾可能性更大。諸如此類的問題，在使用電橋時可以用衷觀檢查來判斷有否千擾存在，方法如下:1)先將電橋進(jìn)行初步平衡(即基本上達(dá)到平衡)，然后用手接近或離開電橋裝
里，觀察指零儀是否有變化。如果指零儀有變化，說明對地有不穩(wěn)定的寄生電容存在.2)改變被測對象的位置、方向或?qū)⑵溟g連接導(dǎo)線相互換接，再次觀察指零儀是否有變化。如有變化說明橋路本身和外界產(chǎn)生的雜散場對被測支路有干擾作用.3)電橋平衡后，斷開電橋電源，檢查指零儀是否有變化，如有變化，說明外界雜散場對橋體其有干擾作用。以上各種現(xiàn)象的存在，即使電橋表面上平衡了，實際上未真正達(dá)到平衡。因此，必須設(shè)法采取防護(hù)措施加以消除。
      (4)電橋的防護(hù)原理和防護(hù)措施
    各種干擾因素必然或多或少地影響測量結(jié)果。為了消涂或減少這些影響，必須對電橋采取防護(hù)措施。防護(hù)的目的和效果是消除或減小電橋內(nèi)外各種雜散場的作用以及由此而引起的容性和阻性泄漏電流。從原則上說，根據(jù)交流電橋干擾因素的特點可采用屏蔽接地技術(shù)和無定向結(jié)構(gòu)(如鐲環(huán)電感和同軸電容等).
    防護(hù)方法大致可歸納為兩大類。一類是防電干擾，它們有;接地法.屏蔽法(靜電的)，對你法，有源四端網(wǎng)絡(luò)法。另一類是防磁干擾。即:屏蔽法(鐵磁的和電磁的)，元件、線路結(jié)構(gòu)的合理安排和布置，消除或遠(yuǎn)離干擾源。以上防護(hù)措施可以分別應(yīng)用，也可以幾種方法同時結(jié)合起來應(yīng)用?，F(xiàn)將各種防護(hù)方法的原理及其效果分別說明于下。