5.1.2. Мосты постоянного тока в неравновесном режиме

Мосты постоянного тока, работающие в неравновесном режиме, применяются, как измерительные преобразователи сопротивления (или приращения сопротивления) в постоянный ток или в напряжение.

Принцип действия и назначение неравновесных мостов рассмотрим на двух примерах мостов, сопротивления плеч которого при равновесии одинаковы. Схемы этих мостов приведены на рис. 41. Будем также считать, что в измерительную диагональ включено большое сопротивление нагрузки (например, сопротивление вольтметра или входное сопротивление усилителя), существенно превышающее сопротивления плеч моста: .

В первом варианте, представленном на рис. 41 а), сопротивление, приращение которого необходимо преобразовать в соответствующее изменение напряжения, включено в одно из плеч моста. Очевидно, что при= 0 мост уравновешен, и напряжениев его измерительной диагонали между точками 2 и 1 также равно 0. При изменении этого сопротивления напряжение в измерительной диагонали будет изменяться в соответствии с функцией преобразования:

.

Обозначим относительное приращение сопротивления через e , тогда

,. (32)

В ряде случаев может представиться возможность дифференциального включения изменяющихся сопротивлений в разные плечи моста, как это показано на рис. 41 б. При таком включении чувствительность такого преобразователя удваивается, и функция преобразования имеет вид:

.

Функция преобразования относительного приращения сопротивления в напряжение есть

. (33)

Из выражений для функций преобразования (32) и (33) видно, что:

- неравновесный мост может применяться в качестве измерительного преобразователя приращения сопротивления в напряжение,

- в общем случае функция преобразования не является линейной,

- погрешность преобразования порождается нестабильностью напряжения питания моста, а также погрешностью изготовления и нестабильностью сопротивлений плеч.

Метрологические характеристики неравновесных мостов приведены в п.5.3. Для тензорезистивных мостов, функция преобразования которых линей­на, нормируется относительная погрешность двучленной формулой. Если нелинейность неравновесного моста проявляется значительно, для них нормиру­ется приведенная основная погрешность.

5.2. Мосты переменного тока

5.2.1. Условия равновесия мостов переменного тока

Мосты переменного тока предназначены для измерения комплексных сопротивлений элементов электрических схем. Поэтому напряжение питания этих мостов - переменное, а плечи моста суть комплексные сопротивления, как это показано на рис. 42 а). На рис.42 б) и в) показаны схемы мостов частного вида, предназначенных для измерения емкости конденсатора (рис. 42 б) и индуктивности катушки (рис. 42 в).

Условие равновесия мостов переменного тока выводится по аналогии с выводом условия равновесия мостов постоянного тока (п. 5.1.1) и в конечном итоге выражается равенством

, (34)

где - измеряемое комплексное сопротивление (импеданс),- комплексные сопротивления - плечи моста.

Применяя экспоненциальное представление комплексных чисел, перепишем это условие в виде:

.

По признаку равенства комплексных чисел, этому равенству соответствует система двух равенств

. (35)

Это означает, что уравновешивать мост переменного тока необходимо по двум компонентам: по модулю и фазе. Для контроля состояния равновесия моста необходимо применять фазочувствительный нуль-индикатор, который позволяет фиксировать не только изменения амплитуды тока в измерительной диагонали, так и инверсию фазы этого тока, происходящую при переходе через положение равновесия.