21. Измерительные цепи в виде равновесных мостов

Используя операционные усилители для параметрических преобразователей можно реализовать мостовую цепь с автоматическим статическим уравновешиванием.

Операционный усилительDA1 служит для непрерывного поддержания нулевого потенциала точки а, а операционный усилитель DA2 поддерживает равновесие самого моста, подавая через резистор R_м в точку б ток такого значения полярности, чтобы напряжение на измерительной диагонали моста было равно нулю. Такая цепь обеспечивает строго линейную зависимость между  и I_вых, если рабочими плечами моста являются резисторы R₁ и R₂ с изменяющимися с противоположными знаками сопротивлениями. Действительно, если до воздействия измеряемой величины в ветвях моста протекали токи I₀, а затем резисторы получили приращение сопротивлений и , то при и будет I₀R₁(1+ε)=R₃(I₀+I); I₀R₂(1-ε)=R₄(I₀-I); I=I₃+I₄=2εI₀ при любых .

Резистор R_м является масштабным, так как определяет .

23. Неравновесные мосты переменного тока с синхронным детектором

Очень важной особенностью неравновесных мостов переменного тока по сравнению с неравновесными мостами постоянного тока является совершенно различный характер изменения показаний фазочувствительного индикатора в районе точки равновесия.

Так, в неравновесном мосте постоянного тока при изменении R₁ от R₁=0 до R₁=R₀, при котором наблюдается U_н=0, и далее до R₁->∞ напряжение U_н изменяется по кривой U_н=f(R₁). При R₁>R₀ напряжение имеет один знак, при R₁=R₀ оно становится равным нулю, а при R₁<R₀ получает другой знак, и это изменение вблизи R₁=R₀ можно считать линейно зависящим от ΔR=R₁-R₀.

У моста же переменного тока выходное напряжение U_н=f(Z₁) изменится в принципе так же, т.е. по кривой 1 однако в точке Z₁=Z₀ на 180 изменится фаза этого напряжения. Поэтому при использовании фазонечувствительных регистраторов переменного тока (электронный вольтметр, выпрямительный, электромагнитный, электростатический и другие приборы) их показания должны изменяться по штриховой кривой 2 (рис.2.7,б), т.е. сначала убывать до нуля, а затем вновь возрастать. Однако вследствие ряда обстоятельств (некоторая нелинейность плеч моста, недостаточно строго синусоидальная форма кривой питающего напряжения и т.д.) в выходном напряжении моста всегда присутствуют более высокие гармоники питающего напряжения. Поэтому в тот момент, когда Z₁=Z₀ и мост уравновешен по первой гармонике, он оказывается неуравновешенным по более высоким гармоникам (2,3 и т.д.) и его выходное напряжение U_н, а следовательно и показания фазочувствительного детектора будут отличными от нуля. В результате этого изменения U_н=f(Z₁) происходит по сплошной кривой 3 (рис.2.7,б), которая при Z₁=Z₂ не достигает U_н=0, а лишь имеет достаточно пологий минимум.

В результате этого: а) нет возможности определить по показаниям регистратора знак отклонения ΔZ=Z₁-Z₀; б)чувствительность моста при Z₁=Z₀ оказывает равной нулю, из-за чего предварительное уравновешивание моста удается выполнить лишь приближенно и точка, от которой начинается отсчет показаний, «расплывается» в область и, наконец, в) характеристика моста (кривая 3) получается нелинейной и не проходит через нуль.

Рис. 2.7. Функции преобразования моста постоянного тока (а) и моста переменного тока (б).

Избавиться от всех этих недостатков позволяет использование фазочувствительных детекторов (рис.2.8.).

Он состоит из перемножителя, на входы которого подаются измеряемый сигнал sin(ωt+φ)) и опорное напряжение sinωt, и фильтра нижних частот (ФНЧ). В данном случае ω – частота напряжения, питающего измерительный мост.

Рис. 2.8. Схема фазочувствительного детектора

Такие регистраторы нечувствительны к напряжениям иных частот, кроме частоты основной гармоники, а при изменении фазы основной гармоники на противоположную меняют знак отклонения, т.е. практически полностью воспроизводят характеристику рис.2,7, а, аналогичную характеристике мостов постоянного тока. Поэтому неравновесные мосты переменного тока чаще всего используются в сочетании с фазочувствительным регистратором.