Тема 4. Измерительные мосты
4.1 Одинарные и двойные мосты постоянного тока
В
электроизмерительной технике широко
применяются измерительные цепи,
получившие название мостовых. Схема
одинарного моста приведена на рис. 4.1.
Резисторы R1, R2, R3, R4 называют плечами моста, ветвь ПП′ – диагональю питания, а ветвь ГГ′ с включённой в неё нагрузкой – измерительной (выходной) диагональю.
Рис. 4.1 Схема одинарного моста постоянного тока
Мостовая цепь может работать в двух режимах: уравновешенном и неравновесном. Режим равновесия характеризуется выравниванием потенциалов в вершинах измерительной диагонали, при этом ток в нагрузке равен 0.
В режиме равновесия выходной ток равен нулю и условие равновесия имеет вид
R1 R3 = R2 R4
Если сопротивление одного из плеч неизвестно, то его можно узнать из условия равновесия. Принято называть R3 и R4 плечами отношения, а R2 – плечом сравнения.
В измерительной практике мосты постоянного тока широко применяются для измерения сопротивлений.
Неравновесный режим характеризуется наличием разности потенциалов на зажимах измерительной диагонали (тока в цепи нагрузки). При этом сопротивление определяется по значению выходного тока или напряжения в измерительной диагонали моста. Неравновесные мосты более удобны в эксплуатации, но не дают точности, характерной для равновесных мостов.
Важной характеристикой мостовой цепи является чувствительность SМ, которую определяют как предел отношения приращения выходного сигнала ΔI или ΔU к приращению входной величины ΔRх
SМ = limΔI/ΔRх ≈ ΔI/ΔRх
ΔRх→0
Обычно в качестве нулевого индикатора в мостах постоянного тока используется магнитоэлектрический гальванометр. В этом случае чувствительность моста определяется как произведение
S = SМ SI = Δα/ΔRх
Конструктивно мосты оформляются в виде переносных приборов и лабораторных установок. Плечо сравнения выполняется, как правило, в виде декадного рычажного магазина сопротивлений, а плечи отношений – в виде магазина сопротивлений или переключающей декады, позволяющей установить нужное отношение плеч.
Мосты рассчитаны на работу со встроенным или наружным нулевым индикатором HИ. При измерении малых сопротивлений на результат измерений оказывают влияние сопротивления контактов и соединительных проводов. Чтобы уменьшить это влияние используют специальные калиброванные соединительные провода и четырёхзажимное подключение Rх к мосту (рис. 4.2).
Рис. 4.2 Схема двухзажимного и четырёхзажимного подключения измеряемого сопротивления
При измерении сопротивлений от 10 Ом до 106 Ом зажимы 1-2 и 3-4 замкнуты.
При измерении сопротивлений меньше 10 Ом перемычки снимаются и измеряемый резистор включается на точки А и Б, которые соответственно соединяются с зажимами 3 и 1. такое подключение даёт возможность исключить влияние сопротивления соединительных проводов (СП) и зажимов.
Однако и эта схема даёт измерение с большими погрешностями.
Д
ля
повышения точности измерения малых
сопротивления применяют двойные
мосты (рис.
4.3). Влияние соединительных проводов в
них сведено к минимуму. Измерение
проводится при равновесии моста.
Рис. 4.3 Схема двойного моста
Чтобы отклонение от выполнения условия равновесия не создавало погрешности при измерениях, сопротивление R должно быть как можно меньше. Это сопротивление представляет собой соединительный провод, который выполняют в виде толстого медного провода.
Кроме этого сопротивления R1 - R4 должны быть не меньше 10 Ом каждое.
Классы точности мостов постоянного тока зависят от пределов измерения и находятся в пределах от 0,005 до 5,0, причём класс точности определяется по наибольшей допускаемой относительной погрешности измерения.
Мосты выполняются переносными и лабораторными.
Переносные одинарные мосты имеют вмонтированный источник питания и гальванометр, классы точности от 0,1 до 5,0. измеряемые сопротивления от 10-4 до 105 Ом.
Лабораторные мосты выпускают как одинарные и как одинарно-двойные, иногда с устройством питания от сети переменного тока.
Классы точности от 0,05 до 0,01
Пределы измерения:
одинарный мост от 10-3 до 108 Ом;
специальные высокоомные мосты до 1016 Ом;
двойные мосты – от 102 до 10-8 Ом.