4.2 Мосты переменного тока

Схема одинарного моста переменного тока показана на рис. 4.4

Плечи моста содержат полные комплексные сопротивления, включающие активные и реактивные сопротивления. При отсутствии тока в измерительной диагонали равновесие моста будет иметь условие

Z₁Z₃ = Z₂Z₄

φ₁ + φ₃ = φ₂ + φ₄

Рис. 4.4 Схема моста переменного тока

Наличие двух уравнений равновесия означает необходимость регулирования не менее двух параметров моста для достижения равновесия. При различных комбинациях регулируемых элементов количество поочерёдных операций регулирования, необходимых для достижения равновесия, различно.

Свойство мостов переменного тока, характеризующееся количеством поочерёдных регулирований, называется сходимостью моста. В зависимости от того, входит ли частота напряжения питания моста в выражение условия равновесия, различают мосты частотно-зависимые и частотно-независимые.

В таблице 4.1 приведены наиболее распространённые схемы мостов переменного тока и уравнения для определения измеряемых величин.

Таблица 4.1

4.3 Компенсаторы постоянного тока

Компенсаторы – это приборы сравнения. Процесс измерения с помощью компенсатора осуществляется сравнением двух напряжений нулевым методом, получившим название компенсационного.

Этот метод, как правила, используется в измерительных установках и лабораторных приборах для поверки средств измерений.

Особенность: отсутствие тока в измерительной цепи в момент измерения, что позволяет на его основе создать приборы высокой точности.

Схема простейшего компенсатора постоянного тока приведена на рис. 4.5. Она состоит из трёх контуров: I – контур нормального элемента, образованный нормальным элементом Е_нэ, нулевым индикатором НИ, образцовым резистором R_нэ и переменным резистором R_Т, компенсирующим влияние окружающей температуры на ЭДС нормального элемента;

Рис. 4.5 Схема компенсатора постоянного тока

II – контур, называемый компенсационной цепью, образован нулевым индикатором, частью R_кх компенсационного резистора R_к и источником измеряемой ЭДС Е_х;

III – контур рабочего тока, образованный последовательным соединением вспомогательного источника Е, резисторов R_Т, R_нэ и R_к и реостата R₁ для установки рабочего тока I_р.

Переключение производится переключателем рода работы SA. Порядок работы следующий. При положении переключателя К - «контроль» добиваются реостатом R₁ нулевого положения индикатора, что соответствует равенству

Е_нэ = I_р (R_нэ + R_Т)

где R_Т - часть сопротивления резистора R_Т, включённая в контур I.

Из этого равенства можно определить рабочий ток I_р для данного компенсатора. Если температура окружающей среды отличается от нормы, то подрегулирование компенсатора выполняется с помощью резистора R_Т.

После контроля компенсатора его переключатель устанавливается в положение И – «измерение». При этом к нуль-индикатору подключается контур II. Изменением сопротивления R_к добиваются отсутствия тока в цепи гальванометра. Тогда с учётом

Е_х = I_р = Е_нэR_кх/(R_нэ + R_Т)

Так как Е_нэ, R_нэ и R_Т имеют постоянные значения, отсчёт компенсирующего напряжения U_к можно проводить по положению переключателей резистора R_к сразу в единицах напряжения.

Компенсаторы постоянного тока позволяют измерять не только ЭДС, напряжение, но и значение тока I_х, сопротивления R_х.

Для измерения тока пользуются вспомогательной цепью, которая состоит из источника измеряемого тока I_х и образцового резистора R_N, на котором возникает падение напряжения, позволяющее определить ток

I_х = U_х /R_N

Для измерения сопротивления резистор R_х включают во вспомогательную цепь последовательно с источником питания и образцовым резистором R_N (рис. 4.6). С помощью переключателя в двух положениях измеряют падение напряжения на образцовом сопротивлении и падение напряжения на измеряемом сопротивлении. Величина искомого сопротивления определиться как

R _х = R_NU_х/U_N

Рис. 4.6 Схема измерения сопротивления компенсатором

Требования к компенсаторам:

1. неизменность рабочего тока в процессе измерения;

2. простота отсчёта и возможность отсчёта с достаточным числом знаков.

Чувствительность компенсатора S определяется соотношением

S = S_кS_I = ΔI/ΔE_х∙Δα/ΔI = Δα/ΔE

где S_к - чувствительность компенсационной цепи;

S_I = Δα/ΔI - чувствительность нулевого индикатора по току;

ΔI - приращение тока в цепи нулевого индикатора вследствие приращения ΔE_х измеряемой величины E_х.

Чувствительность S_к зависит от R_кх, сопротивления нулевого индикатора и сопротивления источника E_х.

Точность измерения обеспечивается высокой точностью нормального элемента, чувствительностью нулевого индикатора и стабильностью вспомогательного источника питания в цепи рабочего тока. Наибольшая точность 0,0005.

Компенсаторы постоянного тока выпускают с большим сопротивлением компенсационной цепи (высокоомные) и с малым (низкоомные).

Высокоомные имеют сопротивление компенсационной цепи до 10000 Ом на 1 В напряжения питания. В них используются гальванометры с относительно большим критическим сопротивлением. Верхний предел измерения ЭДС 1; 2; 2,5 В.

Для измерения малых ЭДС и напряжений используют низкоомные компенсаторы.