Часть 3. Исследование схемы измерительного моста
Описание схемы моста
Измерительный мост (рис.3.1) построен из четырех сопротивлений R1, R2, R3, R4 называемых плечами моста. К одной из диагоналей (bd) моста подключается источник питания. Другая диагональ (ac) является выходной. К ней подключается схема измерения или просто вольтметр. Их входное сопротивление R5 является нагрузкой моста.
Если
R1 R4 = R2 R3 ,
мост сбалансирован. Это означает, что напряжение в его выходной диагонали равно нулю. Изменение любого из сопротивлений вызывает разбаланс моста и появление напряжения на выходе тем большее, чем больше отклонение сопротивления от точки баланса. Одно из достоинств мостовой схемы состоит в хорошей линейности зависимости напряжение - сопротивление.
Измерительный мост назван так благодаря его широкому применению в схемах электрических измерений таких электрических и неэлектрических величин как сопротивление, температура, давление, механические усилия, угловые и линейные перемещения и т.д. С этой целью в одно или более плеч моста включается измерительный преобразователь (датчик температуры, давления перемещения, и т.п.). В схемах замещения в большинстве практических случаев такой преобразователь может быть представлен переменным сопротивлением (в нашем случае – это R4). Изменения измеряемого параметра ведут к изменению сопротивления датчика. Мост фиксирует эти изменения изменением напряжения в выходной диагонали.
Линейность выходной характеристики, высокая чувствительность (крутизна характеристики), малая восприимчивость к изменениям питающего напряжения и внешних температур определили преимущественное распространение именно этой схемы измерения.
Задание и методические указания по исследованию схемы измерительного моста
1. На рабочем поле лабораторного комплекса набрать схему измерительного моста (рис.3.2).
2
.Сбалансировать
мост. Для балансировки моста, изменяя
величину сопротивленияR4
,
добиться нулевого напряжения на выходе
моста. Балансировка производится при
отключенной нагрузке R5
.
Записать величину сопротивления баланса
(R4бал
).
3. В режиме холостого хода снять зависимость выходного напряжения моста от сопротивления R4 , имитирующего сопротивление датчика. Зависимость снимается при изменении R4 от R4бал до максимума R4max , а так же изменяя R4 вниз от R4бал до нуля. Обратить внимание на изменение полярности выходного напряжения.
Результаты замеров занести в таблицу (табл.3.1)
Таблица
3.1
R4(Ом )
Uвых(В) 1 R4
= R4max
=
2
3
4
5
6 R4=
R4бал =
7
8
9
10
11 R4
= 0
По данным замеров построить график Vвых = f (R4 ). Проанализировать график. Сделать заключение о линейности и крутизне выходной характеристики моста.
4. Оценить влияние нагрузки на величину выходного напряжения моста. Для этого, при максимальном сопротивлении R4 = R4max, замерить выходное напряжение при холостом ходе Vвых ХХ и при включенном сопротивлении нагрузки Vвыхнагр. Сопротивление нагрузки R5 = 100 Ом. Разница между напряжениями Vвыхнагр = Vвыхнагр - Vвыххх есть погрешность выходного напряжения, вносимая нагрузкой. Выразить погрешность в процентах. Сделать вывод о допустимости применения данной нагрузки.
Контрольные вопросы
1. При каких условиях выходное напряжение моста равно нулю?
2. Как напряжение источника питания влияет на величину выходного напряжения моста?
3. Как влияет нагрузка на величину выходного напряжения моста и почему?
4. От чего зависит полярность выходного напряжения?
Работа №2
ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ДИАГРАММА НЕРАЗВЕТВЛЕННОЙ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Цель работы: Исследование распределения электрического потенциала в неразветвленной цепи постоянного тока и построение потенциальной диаграммы.
Содержание работы.
Источник напряжения является активным элементом цепи. Источник повышает электрический потенциал в направлении действия ЭДС (Е), т.е. от его отрицательного электрода к положительному. В случае, когда источник идеален, потенциал повышается на величину его ЭДС. Для неидеального источника необходимо также учитывать падение напряжения на его внутреннем сопротивлении rвн . Изменение потенциала в источнике подсчитывается как
U = E I rвн ,
где знак + или - определяется направлением тока.
Соединительные линии и потребители являются пассивными элементами цепи. На сопротивлениях таких элементов, а также на внутренних сопротивлениях источников электрический потенциал понижается в направлении протекающего в нем тока на величину падения напряжения U=I R.
Потенциальная диаграмма является графической формой представления распределения электрического потенциала в цепи. На рис.1 показан фрагмент потенциальной диаграммы для схемы изображенной на рис.2. Диаграмма представляет собой график зависимости потенциал – сопротивление, построенный для последовательности точек 1,2,3,… цепи. В качестве таких точек обычно принимаются концы участков. Потенциалы и сопротивления отсчитываются от одной из точек, потенциал которой условно принимается за нуль (точка условного заземления). (Здесь–это узел 0.) Позиции точек на оси абсцисс диаграммы соответствует суммарному сопротивлению всех пассивных и активных участков между данной точкой и точкой нулевого потенциала.
Схема эксперимента