4.4.Неравновесные мосты

Неравновесные мосты. Основная идея построения неравновесных мос­товых цепей состоит в исходной компенсации начального значения выходно­го сигнала, чтобы при входной величине, равной нулю, он был также равен нулю. Для этого к делителю R₁, R₂ содержащему преобразователь R_х = R₁, добавляется еще один делитель R₃,R₄ так, чтобы напряжение U на вольт­метре в исходном положении отсутствовало.

В низкоомных мостах общий ток I=E/(R_б + r_i + R_M) при изменении со­противлений плеч меняется незначительно, если R_б+r_i >> R_м. Здесь r_i - внутреннее сопротивление цепи источника питания, R_м - сопротивление моста в диагонали АВ, Функция преобразования мостовых схем (см. рис. 1, д) может быть получена по известному правилу Кирхгофа:

где I_П - сила тока в диагонали моста MN при наличии измерительного прибора, R_П – внутреннее сопротивление измерительного прибора, I – сила тока в питающей диагонали АВ моста.

Цепь неравновесного моста имеет больше возможностей, чем цепь в виде делителя, так как резистивный преобразователь может быть включен одно, два, либо четыре плеча, применены дифференциальные преобразователи. При наличии помехи в смежных плечах осуществляется ее компенсация. Для повышения чувствительности мостовых схем применяют два одинаковых чувствительных элемента R₁ и R₃ (см. рис.14, г), или две пары чувствительных элементов R₁,R₃ и R₂,R₄, причем вторая пара должна иметь противоположную по знаку чувствительность.

Так как каждая ветвь моста (R₁, R₂ и R₃,R₄) имеет одинаковое сопротивленне 2R, то сила тока в точке А делится на две равные части и в каждой из ветвей равна I/2. Поэтому падение напряжения на плечах AM и AN будет соответственно

и

Отсюда

Очевидно, что в данной схеме при R_П >> R_M чувствительность равновесного моста S=I/2 – строго постоянная величина; нелинейность отсутствует (m=0).

Мостовая схема с одним чувствительным плечом (см. рис. 1, д) позволяет подключать его, используя двухпроводную линию связи или одножильный бронированный кабель, в инклинометре КИТ. Чувствительность и нелинейность данной схемы могут быть вычислены по формулам:

Как видно, нелинейность пропорциональна изменению переменного плеча и тем меньше, чем больше сопротивление плеч моста по сравнению с сопротивлением чувствительного элемента; причины, увеличивающие чувствительность схемы, вызывают уменьшение нелинейности. Чтобы уменьшить погрешность от нелинейности, не следует допускать, чтобы R была очень большой, то есть производить измерения с сильно неуравновешенным мостом. Для этого в мостовых схемах с одним чувствительным плечом одно из постоянных плеч делают ступенчато регулируемым, при помощи него восстанавливается равновесие моста при значительном отклонении R от 0.

Сравнение градуировочных характеристик электрических схем с резистивными преобразователями (рис. 1, а-д) приведено на рис.2.

рис.2.

Рис.2. Градуировочные характеристики электрических схем с резистивными преобразователями.