3. Klasyczne metody pomiarowe

3.3. Mostki 4-gałęziowe

W klasycznym 4-gałęźnym mostku prądu przemiennego spełnienie warunku równowagi wymaga regulacji dwóch składowych.
Impedancje ramion mogą być opisane we współrzędnych prostokątnych (zależność 2) lub we współrzędnych biegunowych (zależność 4). Zatem warunek równowagi też można opisać dwojako – w postaci zależności (3) lub zależności (5). 


Na rysunkach poniżej pokazano klasyczne mostki Wiena i Maxwella oraz zależności umożliwiające wyznaczenie parametrów rzeczywistego kondensatora i cewki rzeczywistej.
W mostku Wiena rezystancja Rx reprezentuje straty w dielektryku, a tgδ kąt stratności D
W rzeczywistym układzie mostka Maxwella elementem regulacyjnym jest rezystancja R3, a nie elementy wzorcowe (R2, L2). Z uwagi na to, że w mostku prądu zmiennego regulacji muszą podlegać dwie składowe (a nie stosuje się praktycznie regulowanych wzorców indukcyjności) do układu mostka wprowadza się jeszcze dodatkową rezystancję r włączaną w ramiona RX-LX lub R2-L2 i w ten sposób zmienia się stałą czasową (L/R). Zatem mostek jest w równowadze przy równości stałych czasowych LX/(RX+r) i L2/R2  lub LX/RX i L2/(R2+r).

Mostek Wiena (do pomiaru pojemności):

Mostek Maxwella (do pomiaru indukcyjności):

 

Zauważmy, że zarówno mostek Maxwella jak i Wiena wymaga dla prawidłowej pracy bardzo starannego doboru elementów. Nie do uniknięcia jest przy tym wpływ takich zjawisk jak zmiany wartości parametrów elementów wzorcowych pod wpływem temperatury czy procesów starzeniowych oraz pojemności pasożytniczych i resztkowych indukcyjności. Alternatywą dla tych klasycznych mostków były mostki transformatorowe (rysunek poniżej), w których warunek równowagi był spełniany poprzez regulacje nastaw przekładni zwojowych w transformatorze. Nadal jednak pozostawał problemem trudności zautomatyzowania procesu równoważenia. Warunkiem automatyzacji jest zastąpienie regulowanych elementów wzorcowych przez sterowane źródła napięciowe, przy czym zgodnie z wcześniejszymi rozważaniami, niezbędna jest możliwość regulacji dwu składowych przesuniętych w fazie o π/2 (rysunek).