8.4 Мостовые и компенсационные измерительные схемы
8.4.1 Мостовые измерительные цепи
Мостовые измерительные цепи широко используются для измерения параметров электрических цепей (R, L, С, Q, tgδ), в качестве фильтров и измерителей частоты. В зависимости от количества плеч мосты могут быть четырехплечие в многоплечие. Простейшим вариантом мостовой схемы является четырехплечий мост - рис. 8.26. Сопротивления Z1- Z 4 образуют 4 плеча моста; а, Ь, с, d - вершины моста; аЬ - питающая диагональ; сd – диагональ нагрузки (измерительная). В зависимости от характера сопротивления плеч и, соответственно, напряжения питания, мосты могут быть постоянного в переменного тока. В состоянии равновесия ток в нагрузочной диагонали отсутствует при любых напряжениях питания Еn. Для создания равновесия необходимо обеспечить определенное соотношение сопротивлений моста. Если в выражение равновесия моста частота питающего напряжения не входит, то мост является частотнонезависимым. Такие мосты применяются для измерения параметров цепей или их преобразования в ток или напряжение. Частотно зависимые мосты применяются для измерения частоты Еn или в качестве частотных фильтров.
В процессе измерения мостовая цепь может принудительно приводиться к состоянию равновесия - в этом случае мост является уравновешенным. В противном случае мост называется неуравновешенным.
В мостах постоянного тока сопротивления всех плеч активные. Такие мосты служат для измерения R. В них для уравновешивания цепи требуется только один регулируемый элемент.
In
I1 I3
Z1 a Z3
Zн Un Zn
c Iн
I2 I4
En
Z2 Z4
Рис. 8.26 - Четырехплечий мост
В мостах переменного тока хотя бы одно плечо содержит реактивность (L или С), а измеряемая величина выражается комплексным числом. В этом случае для уравновешивания цепи требуется хотя бы 2 регулируемых элемента для уравновешивания активной и реактивной составляющей измеряемого сопротивления (модуля и аргумента). Если уравновешивается только одна составляющая, то мост называется полууравновешенным (квазиуравновешенным). Для индикации степени равновесия мостовой схемы служит сравнивающее устройство (СУ): обычно это гальванометр в роли нуль-индикатора.
Условие равновесия четырехплечного моста: Z1Z4=Z2Z3. Если известны сопротивления любых трех плеч, то из условия равновесия можно определить сопротивление четвертого плеча. Свойство моста, определяющее число необходимых регулировок для его уравновешивания, называется сходимостью моста. При хорошей сходимости моста он быстро приходит к равновесию. Сходимость зависит от схемы моста, а также от соотношения между величиной активных и реактивных сопротивлений.
При измерении неэлектрических величин применяются неуравновешенные мосты. Они не содержат регулирующих элементов. О значении измеряемой величины судят по току или напряжению в измерительной диагонали:
Мосты могут работать с собственными сравнивающими устройствами - (нуль-индикаторами) или с внешними индикаторами. Для измерения малых активных сопротивлении - единицы и доли ома – используют четырехзажимное включение измеряемого сопротивления. Такое включение позволяет значительно уменьшить влияние сопротивления подсоединительных проводов. В этом случае (рис. 8.27) сопротивления проводов от измеряемого сопротивления Rx к зажимам 2 и 3 входят в плечи моста, сопротивления которых R и Ri значительно превышают сопротивление проводов. Сопротивление проводов от Rx к зажимам 1 и 4 входят в измерительную диагональ.
R2 R
2 1
R1 3 Rx
Un
4
Рис. 8.27 - Четырехзажимное подключение измеряемого резистора