5.4.1. Мостовые методы измерения
Измерительный мост – устройство, позволяющее измерить параметры резисторов, катушек индуктивности и конденсаторов. Для измерения параметров катушек индуктивности и конденсаторов применяются мосты переменного тока. Для измерения сопротивлений резисторов применяются мосты постоянного тока (рис. 45).
Измерительный мост имеет четыре плеча и две диагонали; в диагональ сd включен нуль-индикатор (НИ – гальванометр постоянного тока) , а в диагональ ab – источник ЭДС (E).
В плечи моста включены: Rx = R1 – неизвестное сопротивление; R3, R4 – плечи отношения; R2 – плечо сравнения – регулируемый резистор.
Равновесия моста добиваются путем регулирования сопротивления резистора R2 так, чтобы показания HИ были бы равны нулю т. е. Iни = 0, это значит, что потенциал точки с равен потенциалу точки d (с = d), тогда ток I1 равен току I2 (I1 = I2), а ток I3 равен току I4 (I3 = I4).
Учитывая вышесказанное, по II закону Кирхгофа для левого и правого контура можно записать
Rx I1 = R3 I3,
R2 I2 = R4 I4.
Если разделить почленно верхнее уравнение на нижнее и учесть равенство токов, то получим
откуда
.
Вышеуказанное уравнение является условием равновесия моста: произведения сопротивлений противоположных плеч равны между собой.
Отсюда находится неизвестное сопротивление, которое равно:
.
Кроме уравновешенных мостов существуют неуравновешенные мосты, в которых процесс уравновешивания не доводится до конца и на диагонали моста cd остается напряжение Ucd, фиксируемое выходным прибором, по показаниям которого судят о значении измеряемого сопротивления или связанной с ним неэлектрической величины.
5.4.2. Понятие о мостах переменного тока
Мосты переменного тока (рис. 46) применяются для измерения индуктивностей, емкостей и взаимной индуктивности.
В общем случае уравнение равновесия моста можно представить в виде
,
т. е. так же, как в мостах постоянного тока, в мостах переменного тока произведение сопротивлений противоположных плеч равны между собой.
Поскольку
сопротивления моста переменного тока
выражаются в комплексном виде (
;
;
;
),
условие равновесия моста записывается
следующим образом
Тогда получаем два условия равновесия моста
;
Для конкретной схемы (рис. 46) – условие равновесия моста
R 1R 2 = x L x C,
0+ 0 = 90 – 90.
Учитывая, что xL = L и xC = 1/C, получим L R1= R2C.
Таким образом, при помощи моста переменного тока можно измерять параметры индуктивного или емкостного элемента, если параметры других элементов моста известны.
Для повышения производительности и точности измерений применяются мосты с встроенной микропроцессорной системой.
Нажатием соответствующих клавиш на панели управления задают вид измеряемого параметра, значение частоты напряжения генератора и форму представления результата.
Микропроцессор по команде с панели управления включает генератор и считывает программу из постоянного запоминающего устройства, определяющую последовательность операций. Переменное напряжение разбаланса моста преобразуется в постоянное напряжение, а затем с помощью аналого-цифрового преобразователя – в числовой эквивалент, с помощью которого микропроцессор регулирует цепь моста до состояния равновесия.
При достижении равновесия моста микропроцессорная система выполняет необходимые вычисления для получения результата измерения, преобразует его и выводит на дисплей в требуемой форме.