3.1.2. Мостовий метод вимірювання опору
Цей метод є найточнішим для вимірювання опору. Найпоширенішою схемою включення тензорезисторів є схема, що будується на використанні чотирираменного вимірювального моста, який називають мостом Уінстона (Вінстона). Такий міст є поєднанням замкнутого контуру, який складається з чотирьох послідовно з’єднаних елементів, що мають електричний опір, а також джерела живлення та вимірювального приладу. Вимірювальний міст малюють у вигляді ромба (рис. 3.2), сторони якого називають раменами, а точки з’єднання рамен - вершинами чи вузлами моста. В одну із діагоналей моста, наприклад, між вершинами А і Б включають джерело постійного чи змінного струму і називають її діагоналлю живлення чи входом моста, в другу діагональ (між вершинами В і Г) включають вимірювач і називають її вимірювальною діагоналлю чи виходом моста.
Залежно від струму, яким живиться міст, розрізняють мости постійного і змінного струму.
Кожне рамено моста може складатися з одного чи декількох опорів, з’єднанних між собою послідовно, паралельно чи мішано. Рамена моста змінного струму можуть складатися як з активних, так і реактивних опорів (ємностей або індуктивностей) або бути комплексними елементами з одночасно активним та реактивним опором.
Рис.3.2. Напрямок струмів у ланцюгах вимірювальної мостової схеми
Уінстона (Вінстона).
Для
вимірювання електричних опорів
використовують важливу властивість
моста:
за
певного співвідношення опорів рамен
(коли
)
не зважаючи на те, що на вході моста є
певна напруга, напруга на його виході
стає нульовою.
Стан електричної рівноваги дуже легко порушується за найнезначнішої зміни вказаного співвідношення. Таким чином, електровимірювальний міст може знаходитись в одному з двох станів - рівноважному чи не рівноважному.
Якщо
різниця потенціалів на виході моста
дорівнює нулю (струм у вимірювальній
діагоналі відсутній), то такий міст
називають врівноваженим
або збалансованим.
Розглядаючи схему вимірювального моста
(див.рис.3.2.), на якій вказано напрямок
струму в раменах, неважко збагнути, що
різниця потенціалів між точками В і Г
дорівнює нулю за умови, що напруги в
кожній парі суміжних рамен, симетричних
відносно вимірювальної діагоналі (тобто
та
)
однакові за величиною і протилежні за
напрямком, тобто
(6)
Поділивши першу рівність на другу, отримаємо :
,
(7)
Звідки , (8)
або
.
(9)
Таким чином, отримані три форми запису, кожна з яких визначає умову рівноваги мостової схеми.
3.1.3. Теорія роботи не рівноважних мостів
Розглянемо
рис. 3.2 і простежимо за напрямком руху
струму в окремих ланках ланцюга. За
початкову точку схеми приймаємо плюсову,
а за кінцеву - мінусову
клеми джерела живлення. Від плюса батареї
загальний струм живлення
прямуватиме до вузла А, де він розділиться
на дві частини:
струм
,
і струм
.
Від точки А до мінуса джерела живлення
(точки Б) струм
піде двома шляхами:
через рамено
,
вимірювач, рамено
і через рамена
і
.
Струм
також піде двома шляхами:
через рамено
,
вимірювач, рамено
і через рамена
і
.
Отже, через вимірювальний прилад
проходять одночасно два протилежно
напрямлених струми. Якщо вони збігаються
за величиною, то результуючий струм
=0.
Це буде у тому випадку, коли схема
збалансована.
Якщо ж схема розбалансована,
то через вимірювач проходить струм
розбалансу
,
що дорівнює різниці двох зустрічних
струмів. Величина цього струму залежить
від ступеня розбалансування схеми і
величини напруги живлення
,
а напрямок - від полярності прикладеної
до точок А і Б напруги та від знака
приросту опору в активному рамені
.
Основним критерієм для оцінки якості роботи мостової схеми є характеристика перетворення, що показує залежність струму розбалансування від відносного приросту опору в одному чи декількох активних раменах.