Вопрос №4.

Опишите принцип работы измерительного комплекта тер­мометр сопротивления – мост.

Ответ.

Для измерения сопротивлений тер­мометров и других преобразователей сопротивления используются следую­щие методы и измерительные схемы: одно- и двух мостовые схемы (уравно­вешенные и неуравновешенные), логометры и компенсационный метод.

Рис. 1. Принципиальная схема моста.

Мостовые схемы. Измерительный мост представляет собой (рис. 1) четыре резистора R₁, R₂,, R и, R₄, ко­торые питаются от источника питания, включенного в питающую диагональ a - b. Напряжение источника питания составляет U. В измерительной днагонали моста c – d включен измерительный прибор с сопротивлением R_r. Что­бы установить зависимость между значениями элементов схемы и измери­тельным током, воспользуемся теоре­мой об эквивалентном генераторе, со­гласно которой ток I_cd равен напряже­нию холостого хода U_cd, деленному на сумму сопротивлений участка cd и со­противления между концами участка cd при коротком замыкании всех ЭДС цепи. Таким образом, ток, протекаю­щий через измерительный прибор в диагонали c – d, определяется форму­лой:

I_cd =

.

Из этого выражения вытекает, что возможны два режима работы моста:

1) равновесный, когда изменением сопротивления одного или нескольких резисторов добиваются выполнения условия I = 0, которое имеет место, когда

R₁R₃ = R₂R₄, (1)

2) неравновесный, когда

I = f(U, R₁, R₂, R₃, R₄, R_r). (2)

В этом случае, если нужна однознач­ная зависимость измерительного тока от сопротивления какого-нибудь рези­стора, например R₃, необходимо, чтобы все остальные элементы схемы имели постоянные значения:

U, R₁, R₂, R₄, R_r - const.

Уравновешенные мосты. В соответ­ствии с режимами работы возникают схемные и конструктивные различия мостов. В мостах, использующих рав­новесный режим работы (уравновешенных мостах), для измерения соп­ротивления необходимо уравновесить мост - выполнить условие (1 ). Для этого одно или несколько плеч (резис­торов) моста делаются переменными, сопротивления их могут быть определены. Тогда, добившись равновесия, по (1) и известным трем сопротивлени­ям определяется неизвестное (изме­ряемое) четвертое сопротивление. Мо­мент наступления равновесия опреде­ляется по отсутствию тока в нуль-галь­ванометре. Наиболее простой является схема с одним изменяемым сопротив­лением. Однако значительное влияние на результаты измерения по такой схе­ме может оказывать сопротивление пе­реходного контакта переменного резистора. В связи с этим более рациональ­ной является схема, в которой подвиж­ный контакт входит в измерительную диагональ. В этом случае в момент равновесия ток в измерительной диа­гонали равен нулю и поэтому сопро­тивление переходного контакта не вли­яет на результаты измерения. Для уравновешивания моста изменяется со­противление сразу двух плеч или со­отношение сопротивлений плеч.

Рассмотрим схему автоматического уравновешенного моста, в котором уравновешивание осуществляется изменением сопротивления плеч (рис. 2). Автоматическое уравновешивание осуществляется так же, как и в автоматическом потенциометре. Если потенциалы вершин моста, к которым подключается измерительная диагональ, не равны, то в измерительной диагонали идет ток, который поступает на вход электронного усилителя ЭУ. Выходной сигнал заставляет вращаться реверсивный двигатель, который перемещает движок реохорда R_p до тех пор, пока не наступит равновесие моста. Сопротивление R_p рассчитывается и изготовляется таким образом, что при изменении измеряемой температуры от минимального до максимального значения для уравновешивания моста движок реохорда должен переместиться от одного крайнего положения до другого. Параметр m определяет положение движка в долях от R_p.

Рис. 2 Автоматический уравновешенный мост с трехпроводной системой включения термометра.

Измеряемое сопротивление (термометр) включено в плечо, принадлежащее к реохорду. В этом случае уравнение шкалы – перемещение движка реохорда, в зависимости от изменения сопротивления будет линейно. Запишем уравнение равновесия для начальной и промежуточной точек и получим уравнение шкалы:

откуда

.

Как видно из выражения, показания моста m пропорциональны изменению сопротивления ∆R_T. При включении измеряемого сопротивления в плечо, принадлежащее и реохорду, уравнение шкалы уравновешенного моста получается линейным, относительно изменения сопротивления. Этот вариант схемы получил наибольшее распространение. В этой схеме термометр соп­ротивления включен по трехпроводной схеме. Если возникает необходимость подключить сопротивление по двухпро­водной схеме, для этого достаточно перенести питающую диагональ из точ­ки 2 в точку 3.