8 Измерительные мосты

Приборы сравнения:

● измерительные мосты; ● компенсаторы.

Основаны на использовании методов сравнения.

Измерительные мосты – электрические схемы, составленные из сопротивлений (плеч моста), источника питания и измерительного прибора.

1. Уравновешенные мосты постоянного тока

Применяют для измерения омических сопротивлений.

Условие равновесия

R₁, R₂, R₃, R₄ – плечи моста;

ab – диагональ питания;

сd – измерительная диагональ;

Ток в измерительной диагонали моста:

, При I_Г = 0 – условие

равновесия.

Измерительный прибор – высокочувствительный магнитоэлектрический гальванометр (служит индикатором нуля).

Свойства:

• высокий класс точности;

• широкий диапазон измерения (от 10^-6 до 10⁸ Ом);

• высокая чувствительность.

Если вместо подключить неизвестное, то получим

формулу для определения этого сопротивления:

2. Измерительные мосты переменного тока

Применяются для измерения параметров конденсаторов и катушек индуктивности.

Условия равновесия

I_ни = 0 при .

1)

2)

3)

Мостовые схемы для измерения параметров катушек индуктивности

; ;

Добротность катушки

.

Для катушек индуктивности с большой добротностью (Q > 1):

;

; .

Мостовые схемы для измерения параметров конденсаторов

• для конденсаторов с малыми потерями

; ;

Угол диэлектрических потерь:

.

• для конденсаторов с большими потерями

;

;

• для кабелей высокого напряжения

; ;

.

ЭЛЕКТРОННЫЕ ВОЛЬТМЕТРЫ.

Аналоговые электронные вольтметры переменного напряжения.

По старой классификации (сохранившееся частично до сих пор) эти вольтметры относятся к группе «В», подгруппе «3». Например, вольтметр В3-38. «38» - это номер конкретного типа прибора. В настоящее время разработчики не придерживаются прежней классификации. Так появились вольтметры с буквами «Щ», «Р», и др.

Обобщенная структурная схема вольтметра переменного напряжения имеет вид:

«ВХ» - входное устройство, включающее делитель напряжения (Д), фильтры (Ф).

«~/--» - преобразователь переменного напряжения (~) в постоянное напряжение или ток (-). Часто называется в технической литературе – «детектор».

«ОУ» - отсчетное устройство.

«Б» - блок питания.

Многие электронные приборы (вольтметры, осциллографы, генераторы и др.) содержат делители напряжения, построенные по классической схеме. В разделе «Измерительные преобразователи» принцип работы такого делителя рассмотрен подробно. Там же рассмотрены основные типы детекторов, применяемые в современных приборах (вольтметрах, амперметрах и др.).

Отсчетное устройство. Абсолютное большинство вольтметров в качестве ОУ использует магнитоэлектрические измерительные механизмы. Основная причина – линейное уравнение преобразования этих приборов, следовательно, они имеют равномерную шкалу! Указатели шкалы либо стрелочные, либо световой «зайчик».

Вольтметры переменного напряжения строятся по двум, принципиально различным, схемам.

Схема «А»

На входе вольтметра (иногда даже в выносной головке кабеля) сразу встроен детектор. Далее делитель напряжения (Д) и измерительный усилитель постоянного тока.

ДОСТОИНСТВА: Подключение детектора на вход вольтметра позволяет сразу преобразовать переменное напряжение в постоянное. В результате частотный диапазон вольтметра существенно расширяется. Даже рядовые вольтметры этого типа имеют верхнюю граничную частоту до единиц ГГц .

НЕДОСТАТКИ: Низкая чувствительность детектора (десятки мВ) приводит к низкой чувствительности вольтметра в целом. Они применяются при измерениях напряжений с сотен мВ (обычно, первый диапазон измерений имеет =1В).

Схема «Б»

В этой схеме после делителя напряжения стоит измерительный усилитель переменного напряжения и только потом – детектор.

ДОСТОИНСТВА: Тем самым удается резко повысить чувствительность вольтметра. Современные вольтметры такого типа имеют чувствительность десятки мкВ (чувствительность на три порядка выше, чем у предыдущего варианта). Но!

НЕДОСТАТКИ: Построить измерительный усилитель с широкой полосой пропускания очень непростая задача. Поэтому большинство таких вольтметров имеет полосу пропускания не более сотен КГц – единиц МГц (на три порядка меньше предыдущего варианта).

ВЫВОД: Вольтметры, построенные по таким схемам, имеют прямо противоположные достоинства и недостатки. Экспериментатор должен учитывать эти особенности вольтметров.

Погрешности вольтметров переменного напряжения.

Поскольку в качестве отсчетного устройства используются механизмы магнитоэлектрической системы (электромеханические приборы), то класс точности вольтметров выражается через приведенную погрешность . Тогда относительная погрешность измерения напряжения будет равна:

Конкретная величина приведенной погрешности указана на шкале прибора или в техническом описании.

Измерение вольтметрами переменного напряжения сложных периодических сигналов.