В уравновешенном состоянии в диагонали моста, как известно, ток не протекает; обе вершины моста А и В имеют одинаковый потенциал. Чувствительность уравновешивания в идеальном случае зависит только от предельной чувствительности нуль-индикатора к малым токам. Поэтому в настоящее время вместо применявшихся ранее обычных вибрационных гальванометров применяют почти исключительно более чувствительные электронные нуль-индикаторы [Л. 325—329, 349]. К сожалению, их технически достижимые чувствительности по току не могут быть полностью использованы, так как при слишком больших чувствительностях теряется острога настройки на минимум, соответствующий равновесию моста, или она полностью перекрывается напряжениями помех (Л. 332]. Напряжения помех возникают в виде падений напряжения па сопротивлениях связи оболочки кабеля и разъемных коаксиальных соединений. Причиной возникновения токов в оболочке кабеля являются напряжения на сопротивлениях Re и Rk1 вследствие протекания по ним тока (рис. 164). Схему моста в упрощенном виде можно представить в виде делителя напряжения. Последний дает отношение питающего напряжения моста к напряжению, возникающему на диагонали моста. В уравновешенном состоянии напряжение на диагонали моста стремится к нулю, т. е. передаточное отношение делителя напряжения стремится к бесконечности. Даже у точно уравновешенного моста на зажимах нуль-индикатора есть напряжение помех, равное
Напряжение помех создает впечатление о состоянии неполного равновесия моста; операция уравновешивания продолжается до получения нулевого показания у нуль-индикатора, в итоге результат измерения получается неправильный.
Уменьшить вероятность возникновения токов в оболочке кабеля при низких частотах можно путем электрического разделения контура заземления. Все части установки, подлежащие заземлению, должны быть соединены между собой изолированными проводами в центральном пункте (звездообразное заземление). Этим центральным пунктом у мостовых схем является чаще всего заземленный зажим кожуха моста. Самопроизвольного кольцевого заземления нужно избегать при всех обстоятельствах. Электронный нуль-индикатор для измерения тока в диагонали моста без учета его фазы состоит из избирательного усилителя, настроенного на основную гармоническую составляющую напряжения питания, и из прибора магнитоэлектрической системы. Условия равновесия моста при заданной установке его плеч справедливы только для одной частоты.
Если у питающего напряжения есть высшие гармонические составляющие, то между обеими вершинами моста при правильном уравновешивании последнего на основной гармонической составляющей для более высоких частот остается разность потенциалов, которая может перекрывать минимум основной гармонической составляющей. Поэтому перед входом усилителя включают высококачественный полосовой фильтр, который подавляет соответствующие гармонические составляющие.
Рис. 164. Возникновение напряжений помех в схеме моста.
1 — источник тока; 2 — измерительный мост; 3 — электронный нуль-индикатор; Rk1 и Rk2 — сопротивления связи соединений кабеля и штыревых разъемов; RE — сопротивление монтажа внутри мостя.
Рис. 165. Упрощенная блок-схема электронного нуль-индикатора с электроннолучевой трубкой и уравновешиванием по величине и фазе.
1, 2— входные зажимы основного усилителя; 3, 4— входные зажимы вспомогательного усилителя; 5 — экранированный входной трансформатор; 6 — регулируемый усилитель; 7 — фильтр нижних частот с переключаемой предельной частотой; 8 —усилитель; 9 —защита от перерегулирования (цепь обратной связи); 10—фазовращающий элемент 0—180·.
Более удобное обслуживание моста и (быстрое уравновешивание даже при плохой сходимости мостовой схемы обеспечивают электронные нуль-индикаторы, по показаниям которых можно судить о состоянии равновесия моста по величине и фазе (рис. 165). Помимо напряжения диагонали к прибору подводится для сравнения опорное напряжение. Напряжение диагонали подается на основной усилитель (вход 1—2), а опорное напряжение — на вспомогательный усилитель (вход 3—4). На экране электроннолучевой трубки в зависимости от состояния уравновешивания появляются более или менее сильно сплющенные эллипсы (фигуры Лиссажу). Фаза опорного напряжения может изменяться RС-цепочкой в диапазоне 0—180°. Если в начале измерений один раз установить фазу этого напряжения, то можно произвести раздельное уравновешивание по величине и фазе. В неуравновешенном состоянии эллипc на экране электроннолучевой трубки при уравновешивании по фазе переходит в наклонно лежащую прямую, а после окончательного уравновешивания по величине — в горизонтальную прямую. При помощи тщательно экранированного, электрически изолированного входного трансформатора может быть достигнуто большое отношение сигнал/шум для напряжений по отношению к земле.
Применение электроннолучевых осциллографов в качестве пуль-индикаторов особенно рационально, когда уравновешивание производится раздельно по основным потерям (потери от ионной проводимости и поляризационные) и ионизационным потерям [Л. 399, 400] или когда представляет интерес изменение потерь во времени. Выделение и измерение ионизационных потерь предполагают питание моста синусоидальным напряжением, получение которого от обычных испытательных высоковольтных трансформаторов практически невозможно. Более точные сведения о влиянии гармоник в витающем напряжении на точность измерений tgδ можно найти в [Л. 401].
Для наблюдения изменения по времени тока потерь после проведенного уравновешивания отключают конденсатор С4. Токи, которые сдвинуты по фазе или имеют другую частоту, чем зарядный ток испытуемого объекта, можно наблюдать на экране электроннолучевого осциллографа [Л. 402]. Другая возможность контроля изменения по времени тока потерь заключается в применении электрически и магнитно экранированного высокочастотного трансформатора, который включают в подводящий провод к испытуемому объекту [Л.349].
Благодаря более низкой предельной частоте устройства или применению дополнительно подключаемого фильтра отводятся только токи высокой частоты, а основная гармоническая составляющая подавляется.
В связи с нуль-индикаторами следует еще упомянуть об автоматически уравновешиваемых мостах для измерения tgδ. Для регистрации tgδ в течение длительного промежутка времени или для определения его быстрых изменений по времени, когда ручное уравновешивание невозможно, были разработаны различные схемы, которые производят автоматическое уравновешивание и запись изменений tgδ и С самопишущим прибором. Автоматическое уравновешивание может производиться потенциометрами или специальными электродвигателями в замкнутом контуре регулирования [Л. 345—349]; кроме того, разработаны чисто электронные способы уравновешивания [Л. 351—355]. Описанная в [Л. 353] чисто электронная схема определяет измеряемое значение за один период и тем самым позволяет производить измерение tgδ за такой короткий промежуток времени, что нагрев диэлектрика от приложения к нему напряжения не оказывает никакого влияния на измеряемую величину.
