20. Мостовые методы измерения сопротивлений тпс. Неуравновешенные мосты.

В неуравновешенных мостах напряжение измерительной диагонали изменяется с изменением измеряемого сопротивления. Широко используются в различных типах преобразователей неэлектрических величин. При постоянном напряжении U_пит с изменением сопротивления Rх изменяется напряжение Uвых. По известной градуировочной хар-ке Uвых = f (Rх) можно определить значение Rx.

Uвых = RxI₁ – R₁I₂ I₁ = Uпит/(Rx + R₃) I₂ = Uпит/(R₁ + R₂)

Uвых = Uпит(RxR₂ – R₁R₃)/[(Rx + R₃)(R₁ + R₂)

«-»:

• нелинейная статическая хар-ка Uвых = f (Rх);

• зависимомть Uвых от Uпит, что требует стабилизации питания.

• погрешность моста не может быть меньше погрешности измеряющего Uвых.

(схема такая же как и у уравновешенного, но Rм = R₃ = const)

21.22.Компенсационный метод измерения сопротивлений тс. Уравновешенные мосты.

Состояние моста при котором U_вых = 0 - уравновешенное. Для уравновешенного моста при измерениях Rх используется известное переменное сопротивление.

Если U_вых = 0 то и Iип = 0, через Rx и Rм – ток I₁, а через R₁ и R₂ – I₂.

Следовательно RxI₁ = R₁I₂ и RмI₁ = R₂I₂.

Условие равновесия моста – RxR₂ = R₁Rм.

R1 R2 – плечи соотношения, определяют масштаб уравновешенного сопротивления магазина.

«+»:

• независимость результата измерения от напряжения питания;

• линейная зависимость Rx от Rм;

• измерительный прибор выполняет функции нуль-прибора.

Погрешность расчёта сопротивления определяется чувствительностью нуль прибора. На чувствительность моста влияет напряжение питания.

Для двухпроводной схемы:

(R_t + 2R_л)R₂ = R₁R_м

При изменении температуры меняется R_t и R_л, что ведёт к дополнительной погрешности. Для ёё снижения используется 3х проводная схема. Переход: источник питания отключить от а и третьим проводом подсоединить к е.

Для 3х проводной схемы:

(R_t + R_л)R₂ = Rм(R₁+R_л), R_t = RмR₁/R₂ + Rм/R₂R_л – R_л.

Видно что при Rм = R₂ погрешность будет отсутствовать.

23. Автоматические уравновешенные мосты. Назначение и принцип действия.

При изменении Rt уравновешивание производится автоматическим реверсивным двигателем, перемещающим движок реохорда Rp.

Реохорд - это проволочный резистор, витки которого равномерно распределены на изолированной шине определённой длины. Rp = const. На реохорде находится подвижной контакт – движок, при его перемещении меняются сопротивления плеч моста и происходит уравновешивание.

При любом изменении измеряемой температуры t движок устанавливается в новое положение равновесия автоматиче­ской системой следящего уравновешивания, состоящей из усили­теля УС, двигателя Д и кинематической связи от двигателя к движку (условно показана штрихом). В этой схеме усилитель играет роль индикатора нуля. Измерительная диагональ моста находится между точками 1—2, а диагональ питания 3—4, откуда условие равновесия примет вид

(R_t + r₂)R₂ = (Л₃ + r_x)R₁

Принцип действия моста состоит в следующем. Предположим, при исходной температуре термопреобразователя мост был сбалан­сирован, т.е. выходное напряжение моста AU в измерительной диа­гонали равно нулю. Предположим, что измеряемая температура увеличилась, при этом возросло со­противление термопреобразователя R_t. Это приведет к разбалансу моста, так как первоначально (до начала перемещения движка) ока­жется, что

(R_t + r₂)R₂ > (R₃ + r₁)R₁

т.е. мостовая схема окажется неуравновешенной и на ее выходе поя­вится напряжение AU с фазой, определяющей направление смеще­ния движка реохорда. Напряжение AU усиливается с помощью УС, который включает двигатель. Двигатель через кинематическую связь начнет перемещать движок реохорда к положению равновесия мостовой схемы. В новом равновесном состоянии схемы напряже­ние на входе усилителя ДС исчезнет и двигатель остановится. Новое положение реохорда и связанного с ним указателя будет соответст­вовать новому значению температуры. Очевидно, что минималь­ному значению сопротивления, относящемуся к началу шкалы и ми­нимальному значению температуры, соответствует крайнее правое положение движка реохорда, r₂ = R и r₁ = 0. При конечном значе­нии шкалы, которому соответствует максимальное значение температуры и сопротивления Л,, движок реохорда находится в крайнем левом положении, при котором r₂ = 0 и r₁ = R_t

Схема автоматического уравновешенного моста (типов КСМ1, КСМ2), с включенным по двухпроводной схеме ТС (т.е. термопре­образователь ТС соединен с мостом двумя проводами)/ Принцип действия остается прежним, но схема несколько усложнена. Реохорд R_p представляет собой проволочный резистор, имеющий строго определенное сопротивление (обычно 90 Ом, иногда 100 Ом), линейно распределенное на заданной длине, равной длине шкалы (100 мм для автоматических мостов КСМ1, 160 мм для мостов КСМ2 и 250 мм для КСМ4).

Реохорд имеет движок, который перемещается по проволочной намотке реохорда двигателем Д посредством кинематической связи (показана штрихом). Движок реохорда образует вершину моста а. С движком жестко связана показывающая стрелка, перемещающаяся по шкале. Параллельно реохорду включен резистор R_п, определяю­щий диапазон измерения моста. Сопротивление параллельного соединения R_р и R_п в дальнейшем обозначим R_пр (приведенное сопротивление). Резистор R_d определяет начало диапазона измере­ния. Последовательно с R_d и R_n включены подгоночные резисторы (на схеме не показаны), служащие для подгонки начала и конца диа­пазона (корректоры нуля и чувствительности). Резистор R₆ служит для ограничения тока через ТС, во избежание его нагрева рабочим током. Обычно, в качестве номинального принимается значение рабочего тока (2...2,5) мА. Питание моста осуществляется перемен­ным током от обмотки силового трансформатора.

Для анализа схемы необходимо определить вершины моста. Две вершины — это точки, к которым подключен усилитель — точки а и b. Через две другие вершины к мосту подводится напряжение — это точки с и Б₃. На рис. А₂, А₃, Б_1, Б₂, Б₃ — обозначение зажимов клеммной сборки внешних соединений реального прибора (располо­женных на задней стенке прибора), Т₁, Т₂ — зажимы термопреобразо­вателя. Таким образом, противолежащими являются плечи:

R_aБ3 = R_ae + R_d + R_t + R_л; R_bc = R₂; R_ac = R_af + R₃; R_Б3b = R₁

R_af — приведенное сопротивление участка реохорда правее движка,

R_ae — приведенное сопротивление участка реохорда левее движка.

Следовательно, мост будет уравновешен при выполнении сле­дующего условия:

R_aБ3 R_bc = R_ac R_Б3b

или

(R_ae + R_d + R_t + 2R_л)R₂ = (R_af + R₃)R₁

Долю сопротивления движка между крайним правым и текущим положением обозначим буквой т. Таким образом

R_пр = R_пR_р /( R_п + R_р)

Следовательно, часть приведенного сопротивления правее движка будет равна m R_пр , а левее движка равна (1 - m) R_пр .

Уравнение равновесия:

[(1-m)R_пр + R_d + R_t + 2R_л]R₂ = (mR_пр + R₃)R₁

Тогда легко можно получить уравнение статической характери­стики моста т =f(R_t). В обобщенном виде она имеет вид т = (R_t + 2R_л)a + b,

где а и b — величины постоянные для каждой конкретной измери­тельной схемы и независящие от R_t.

достоинства уравновешенных мостов: неза­висимость показаний от изменения напряжения питания мостовой схемы, линейность статической характеристик т = f(R_t). И недоста­ток: сильная зависимость показаний от изменения сопротивления линий R_л.

Влияние изме­нения сопротивления линии можно уменьшить, включением сопро­тивлений линий в смежные (соседние) плечи моста. Это достигается применением трехпроводной схемы подключения ТС к автоматиче­скому мосту.