10.Наведіть схему, призначення, режими роботи та рівняння рівноваги одинарного моста постійного струму.

Основна конфігурація мостової схеми вимірювання на постійному струмі наведена на рис. 1. Для схем мостів прийнята така термінологія.

Рис.1.

Гілкою називається довільний дільниця схеми між двома вузлами. Вузли на схемі позначені як m.A,B,C, D. Плечем називаються гілки, які з’єднують суміжні вузли схеми. Діагоналлю називається гілка, що з’єднує протилежні вузли мостової схеми. Розрізнюють діагональ живлення (АС) та діагональ покажчика (BD), або діагональ приладу чи вимірювальну діагональ. Схема рис.9.1 інакше називається одинарним або чотириплечим мостом.

1.1. Зрівноважений режим роботи моста постійного струму

Мости можуть працювати у двох режимах – зрівноваженому та незрівноваженому. У зрівноваженому режимі регулюванням одного з опорів схеми добиваються рівності потенціалів вузлів В та D, що фіксується вольтметром V. Отже у діагоналі покажчика струм відсутній. Якщо позначити струм у плечах АВ та ВС як І₁, а у плечах АD та DC як І₂, то для контурів АВD та ВСD можна записати

(1)Якщо поділити одне рівняння на друге, то отримаємо умову рівноваги . (2)Якщо - це невідомий опір , його можна визначити як за рахунок регулювання одного з резисторів чи при відомому співвідношенні двох інших. Як правило обирають , де n = 0,1,2,…, а виконують у вигляді високоточного магазину опорів. Відзначимо, що вибір n > 1 дозволяє отримати крок зміни опору, з яким може бути врівноважений міст значно меншим, ніж крок, що забезпечує магазин опору, отже підвищити чутливість схеми. Серед інших особливостей схеми слід відзначити, що умова рівноваги не залежить від джерела живлення, його номіналу та стабільності.

В мостових схемах в якості міри опору використовують зразкові котушки опору чи магазини опорів (набори котушок опорів з точно відомими значеннями параметрів).

Для виготовлення котушок постійного струму використовують виключно манганінову стрічку чи дріт, оскільки цей матеріал має досить низький температурний коефіцієнт опору ( 10^-5 ), малу термо-е.р.с. у парі з міддю ( 3 ) та високий питомий опір ( = 0,42 ).

Намотка котушки виконується бифілярно, тобто одночасно двома провідниками, з’єднаними на одному кінці (тобто одна половина котушки намотана за часовою стрілкою, а інша – проти часової стрілки). Така намотка виключає дію індуктивності при вмиканні та вимиканні струму.

1.2. Незрівноважений режим роботи моста постійного струму

У незрівноваженому режимі вольтметр в схемі рис.1 використовується не як індикатор нуля, а як вимірювач напруги, отже і діагональ BD називається вимірювальною. Основним методом розрахунку мостових схем у незрівноваженому режимі є метод еквівалентного генератора. Суть метода полягає у наступному: по відношенню до гілки BD з опором (тобто з повним внутрішнім опором вольтметру) вся схема замінюється одним еквівалентним генератором з електрорушійною силою та внутрішнім опором

(рис.2). Тоді струм у діагоналі BD визначається як . Розглядаючи як сумарний опір схеми відносно вузлів В та D при короткому замиканні джерела живлення та виключеному зі схеми опорі отримаємо . (3)

Рис.2.

розраховується для режиму холостого ходу в гілці ВD

. (4)

Тоді струм в діагоналі моста становить

. (5)

З останнього рівняння як частинний випадок при умові І=0 витікає і отримала раніше умова рівноваги мостової схеми (2). Отже в неврівноваженому режимі, по-перше, показання вольтметру залежить від Е та опору вольтметра, по-друге, має місце нелінійна залежність І = f( R₁). В чому ж полягає особливість такого режиму? Даний режим дозволяє проградуювати вольтметр в діагоналі моста в одиницях опору чи процентах від номінального опору і виконувати вимірювання опору в невеликому околі певного номінального значення без застосування магазину опорів. Дійсно, якщо представити невідомий вимірюваний опір , то рівняння приймає вигляд

, (6) що підтвержує вищевикладене. Такий міст називають процентним.

О дну з суттєвих вад розглянутих мостів, що працюють у незрівноваженому режимі- залежність показань від напруги живлення, можно усунути, якщо замість вольтметра використати логометр, як це показано на рис.