3. Измерительные мосты постоянного тока

ЦИП в виде измерительных мостов (ИМ) принято ограничивать двумя вариантами:

одинарными (рис.1.6);

Рис. 1.6.Схема одинарного моста постоянного тока

двойными (рис.1.7).

Рис. 1.7.Схема двойного измерительного моста постоянного тока

В цифровых измерительных устройствах служащих для получения информации о неэлектрических величинах первичные преобразователи в большинстве случаях имеют ЦИП на основе одинарных мостов. Отличительной особенность ИМ является возможность получения относительно больших выходных сигналов. В ИМ постоянного тока принято различать измерительную (a–b) и генераторную (с–d) диагональ. В зависимости от интервала изменения активных сопротивлений R_x различают две схемы ИМ постоянного тока. Схема на рис.1.6 может быть использована при изменении R_x=1…10⁸ Ом, а схема на рис.1.7 R_x=10^-5…10^-6 Ом

2. Исследование и параметрический синтез измерительного моста (одинарных)

Эту задачу рассмотрим в следующей постановке. Исследуемая ЦИП имеет вид представленный на рис.1.8 (одинарный мост постоянного тока). Активное плечо R₁ ИМ представлено на рис. в виде постоянного резистора R₁₀ и его приращения  R₁ , т.е. .

Целью исследования этой ЦИП является определение рекомендаций по значению величины _R и соотношению плеч моста. Для удобства анализа введем обозначения

,

,

где К – коэффициент симметрии ИМ.

Условие равновесия для моста постоянного тока имеет вид

R₁R₃ =R₂ R₄,

а входное(относительно генераторной диагонали ) и выходное (отно-сительно измерительной диагонали) сопротивления измерительного моста соответственно определяются выражениями

R_вх = R₁R₂/ (R₁ + R₂) + R₃R₄/ (R₃ + R₄)

R_вых=(R₁ + R₂) (R₃ + R₄)/ (R₁ + R₂ +R₃ + R₄)

В теории ИМ постоянного тока получено выражение для функции преобразования в виде

(1.3)

Рис. 1.8. Схема измерительного моста в задаче

параметрического синтеза

Это выражение (3) для функции преобразования ИМ является обобщающим и для ЦИП реализованных на основе делителя напряжения. В некоторых случаях функция преобразования записывается в виде

. (1.4)

Важными параметрами ИМ постоянного тока является его входное и выходное сопротивление, которое определяются в соответствии с выражениями:

(1.5)

Чувствительность ИМ постоянного тока определяется зависимостью

. (1.6)

Графически выражение (6) представлено на рис.1.9 из которого следует, что оптимальная чувствительность достигается в случае

при K=1 (1.7)

Р ис. 1.9.График зависимости чувствительности моста от коэффициента его симметрии

Анализ чувствительности ИМ постоянного тока проведем с целью оценки линейности функции преобразования. Исследование показывает, что функция преобразования такого ИМ линейна при условии при K=1.

Самая высокая линейность функции преобразования наблюдается в случае когда активными, т.е. зависимыми от измеряемой величины являются два противоположных плеча моста. Линейность функции преобразования минимальна при активных смежных (относительно измерительной диагонали) плечах моста.

Увеличения числа активных плеч моста приводит к повышению выходного напряжения ИМ, но не изменяет его чувствительность, как это следует из зависимости:

(1.8)

Такое включение характерно для тензометрических мостов. С увеличением питающего напряжения чувствительность ИМ возрастает (при К=const), как это следует из зависимости (7).

Изменение коэффициента симметрии ИМ К в небольших пределах незначительно влияет на чувствительность. Так, например, при К[0,6…1,5] чувствительность мостовой схемы уменьшается на 4% от ее значении при К=1. Резкое изменение чувствительности наблюдается при значениях K 2,0 и K  0,4.

При анализе линейности ИМ оценку линейности функции преобразования проведем на основе зависимости

(1.9)

Проведем анализ различных вариантов включения рабочих резисторов в плечи измерительного моста, т.е. варианты мостовых схем, в которых активными являются два плеча, причем различие состоит в том .