Работа № 7 изучение измерительного моста постоянного тока

1. Мостовой метод

Н аиболее точные измерения сопротивлений производят с применением различных мостовых схем. Рассмотрим схему моста Уитстона:

Рис.1.

Изменяя сопротивления R₁  R₄, можно добиться, чтобы ток I_И через индикатор И был равен нулю (в этом случае говорят, что мост находится в состоянии баланса, или сбалансирован). Очевидно, что ток индикатора равен нулю при равенстве потенциалов точек А и В. Для этого должны быть попарно равны падения напряжений на резисторах R₁ и R₃ , R₂ и R₄ , т.е., по закону Ома I₁R_­1 = I₃R₃ и I₂R₂ = I₄R₄. Согласно первому правилу Кирхгофа для точки А: I₂ +I_И = I₁, для точки В: I₃ + I_И = I₄. При достижении баланса I_И = 0, и, следовательно, I₁ = I₂ , I₃ = I₄. Далее несложно получить выражение R₁/R₂ = R₃/R₄ или R₁R₄ = R₂R₃. Итак, условие баланса четырехплечего моста – равенство произведений сопротивлений противоположных плеч.

Для измерения неизвестного сопротивления R_X его включают вместо одного из сопротивлений моста, и изменяя остальные три (образцовые) сопротивления, добиваются баланса моста. При достижении баланса, если R_X включен вместо R₁, то можно записать:

(1)

В принципе 2 из 3 образцовых резисторов могут быть постоянного сопротивления. Из формулы (1) видно, что если сопротивления резисторов R₃ и R₄ постоянны и равны между собой, то равновесие моста наступит при R_X = R₂, то есть мостовая схема может содержать только один переменный проградуированный резистор R₂. Для удобства работы и повышения точности измерений его обычно выполняют в виде нескольких переключаемых декад. Для расширения пределов измерений и упрощения расчетов отношение R₄/R₃ обычно изменяют специальным переключателем с шагом, кратным 10.

2. Индикаторы баланса

В качестве индикатора баланса обычно применяют гальванометр – особо чувствительный электромеханический измерительный прибор постоянного тока с двухсторонней шкалой – с нулем посередине шкалы. Чем выше чувствительность гальванометра, тем более точного баланса можно добиться. При этом погрешность показаний гальванометра не сказывается на точности измерения (нулевой метод измерения) - если баланс еще не достигнут, то сколько показывает гальванометр, значения не имеет, главное, что показания не равны нулю. Поэтому, в частности, гальванометрам даже не присваивается класс точности.

В процессе установления баланса ток через индикатор может превысить предельно допустимый (ток полного отклонения гальванометра может быть порядка 10^-7 ампера). Поэтому нужно принимать специальные меры для защиты гальванометра от перегрузки. Одна из схем защиты приведена на рис. 2.

Р ис. 2

При предварительной установке баланса параллельно гальванометру подключается сопротивление шунта R_Ш. Его подбирают таким, чтобы при любых значениях сопротивлений в данной схеме ток через индикатор не превысил предельно допустимый. После установки индикатора на ноль R_Ш отключают и снова добиваются баланса ручками точной регулировки.