2.12.2 Мостовые измерительные схемы постоянного тока. Занятие 36.

М ост имеет четыре плеча R₁, R₂ , R₃, R₄ и две диагонали: АВ и БГ. В одну из диагоналей моста включают источник напряжения Е, в другую – измерительный прибор.

Измерения производят с помощью:

а) уравновешенного моста,

б) неуравновешенного моста.

В уравновешенном мосте при измерении добиваются, чтобы ток через измерительный прибор i_ПР=0.

По закону Кирхгофа в узлах Б и Г схемы i_Б=0; i_Г=0;

Для узла Б: (I_ПР=0), откуда i₁-i₂=0 , следовательно, i₁=i₂ а)

Для узла Г: (I_ПР=0), откуда i₃-i₄=0 следовательно, i₃=i₄ б) .

С другой стороны, так как ток в измерительной диагонали равен нулю, напряжение U_БГ между точками Б и Г равно нулю. U_Б=U_A+ i₁R₁, U_Г =U_A + i₃R₃ , U_БГ = U_Б - U_Г = i₁R₁- i₃R₃=0, т.е. i₁R₁=i₃R₃ в)

Точно так же i₂R₂=i₄R₄ г).

После деления обеих частей выражения в) на соответствующие части выражения г) с учетом выражений а) и б) получится:

и R₁R₄=R₂R_3, д)

т.е. произведения сопротивлений противоположных плеч уравновешенного моста равны.

Если сопротивление одного из плеч меняется, для уравновешивания моста нужно изменить либо одно из оставшихся сопротивлений, либо отношение двух других. Например, если в измерительном устройстве изменяется R_X=R₄, то определить его можно уравновесив мост и воспользовавшись соотношением д): R_X=

Измерительный прибор должен иметь высокую чувствительность вблизи нуля, так как в уравновешенных мостах токи в измерительной диагонали стремятся к нулю. В измерительной диагонали используют гальванометры с отклонением в обе стороны.

В неуравновешенных (небалансных) мостах i_пр0, но существует однозначное (хотя и нелинейное) соответствие между током i_пр и измеряемой величиной, установленной в одном из плеч моста. По значению i_пр определяют измеряемую величину.

Чувствительность мостовой схемы по току – это отношение приращения тока ∆i_ПР в измерительной диагонали к изменению сопротивления измеряемого плеча ∆R.

Чувствительность по току S_CXI= .

Иногда выходной величиной является напряжение U_БГ =U_ПР. Тогда пользуются чувствительностью по напряжению: S_CXU= .

Если внутреннее сопротивление источника питания R_E значительно превосходит общее сопротивление мостовой схемы, мост называется низкоомным и наоборот: если внутреннее сопротивление источника питания R_E значительно меньше общего сопротивления мостовой схемы, мост называется высокоомным.

Чувствительность высокоомного моста возрастает с увеличением напряжения питания и уменьшением сопротивления плеч моста. Однако уменьшение сопротивления плеч приводит к тому, что мост становится низкоомным. В неуравновешенных мостах важным является соотношение плеч, в которые включаются датчики, если их более одного.

2.12.3 Мостовые измерительные схемы переменного тока. Занятие 37.

В мостах переменного тока используются источники питания переменного тока.

У словие равновесия для моста переменного тока сохраняется: , где

Из этого следует, что для уравновешивания моста переменного тока необходимо выполнить 2 условия: равенство действительных частей и равенство мнимых частей:

R₁R₄ – X₁ X₄ = R₂ R3 –X₂ X₃

X₁ R₄ +R₁ X₄ = R₂X₃ + R₃ X₂

Трудность состоит в том, что когда уравновешивается действительная часть, нарушается равновесие мнимой части. Поэтому пользуются последовательными приближениями.

Для упрощения стараются выполнить мосты:

1) R₁=R₂=R₃=R₄=0. Это чисто реактивный мост. X₁X₄=X₂X₃ При этом погрешности уменьшаются.

2) X₁=X₂=X₃=X₄=0. Остаются только активные сопротивления R₁R₄=R₂R₃. Условие равновесия, как для моста постоянного тока.

.

3) соседние плечи имеют только активные, а другие – реактивные составляющие.

Например: R₁=R₃=0, X₂=X₄=0. Условием равновесия является

X₁R₄=R₂X_3.

В этих случаях действует только одно условие равновесия.

2.12.4 Дифференциальные измерительные схемы. Занятие 38.

В дифференциальных схемах датчики включены в разные плечи моста. В плечи могут быть включены датчики, меняющие не только сопротивление R, но и фазу, другие величины. При этом в одном датчике величина уменьшается, а в другом увеличивается. Образуется два контура со своими напряжениями питания. В нагрузке Z_ПР текут токи от соседних контуров в противоположных направлениях. Измеряется разность токов. Если сопротивления Z₁=Z₂, то ток I_ПР=0.

При одинаковых напряжениях питания плеч и одинаковых сопротивлениях датчиков чувствительность дифференциальной цепи выше, чем у мостовой, т.к. одновременно меняются величины двух плеч.

Ток в измерительной цепи дифференциальных схем зависит от напряжения U питания, следовательно, погрешность зависит от U питания. Приходится принимать меры к тому, чтобы токи, зависящие от U питания, не влияли на показания (отсчет) схемы. Выше при прохождении индуктивных датчиков было показано включение в цепь дифференциального индуктивного датчика.

Дифференциальный датчик как бы приспособлен для включения в мостовую схему. Это показано на рис. для индуктивного датчика. Статическая характеристика датчика при этом становится симметричной относительно начала координат и линейна на большом участке.