Мосты для измерений сопротивления на постоянном токе

Одинарные мосты. Для измерения средних сопротивлений (10 - 10⁶ Ом) применяют одинарные мосты, выполненные по схеме рис. 11.10. после уравновешивания моста результат измерения определяют с помощью выражения (11.3.). В широкодиапазонных одинарных мостах плечо сравнения () изготавливают в виде многодекадного магазина сопротивлений. Плечи отношений () выполняют в виде штепсельных магазинов сопротивления, которые могут иметь 10, 100, 1000 и 10000 Ом.

Нижний предел измерений этих мостов ограничивается влиянием на результат измерения сопротивлений контактов и соединительных проводов. Верхний предел измерений ограничивается влиянием сопротивления изоляции. Применение мер защиты от влияния токов утечки позволяет увеличить верхний предел измерений моста.

Для уменьшения влияния сопротивления контактов и соединительных проводов используют схему одинарного моста с четырьмя зажимами подключения исследуемого объекта (см. рис. 11.11.). В этом случае при измерении сопротивлений, больших 10 Ом, точка резистора соединяют с зажимом 2, а точку с зажимом 3; зажимы 1 и 2, а также зажимы 3 и 4 соединяют между собой перемычками, т.е. в этом случае осуществляется обычное двухзажимное включение объекта . При измерении сопротивлений, меньших 10 Ом, осуществляют четырёхзажимное включение. Для этого перемычки между зажимами 1 и 2, а также между 3 и 4 снимают, а точку резистора соединяют с зажимами 1 и 2, точку - с зажимами 3 и 4.

В этом случае влияние сопротивлений проводов и контактов () практически исключается, если . Действительно, провода и контакты, имеющие сопротивления и , включены в диагонали моста и поэтому не влияют на условие равновесия моста. Влияние и исключается по условию.

Рис. 11.11 – Схема одинарного моста для двух- и четырёхзажимного подключения объекта

Двойные мосты. Эти мосты получили распространение для измерения малых сопротивлений, так как влияние соединительных проводов и контактов в них минимально. Схема двойного моста показана на рис. 11.12., где -- сопротивление контактов и проводов, соединяющий резистор и мост.

Условие равновесия моста, при котором ток через нуль – индикатор равен нулю, имеет вид

.

Рис. 11.12 – Схема двойного моста

Обычно при конструировании моста и его применении выполняют следующие условия:

1. Резисторы изготавливают так, что при их регулировке для уравновешивания моста всегда и , т.е. (с некоторой неточностью, обусловленной, например, неточностью изготовления резисторов).

2. Выбирают и ;

3. При подключении четвертый соединительный провод выполняют в виде короткого и толстого проводника, т.е. стараются сделать сопротивление как можно меньшим.

При этих практически выполняемых условиях пользуются упрощенным уравнением равновесия моста

.

Для этих мостов выбирают гальванометры с малым внешним критическим сопротивлением и большой чувствительностью по напряжению.

На практике применяли измерительные мосты с переменным отклонением плеч, например, линейный мост, у которого одно плечо выполнено в виде небольшого магазина резисторов, и два смежных плеча – реохорда – тонкой калиброванной манганиновой проволоки со скользящим контактом.

Известно, что сопротивление проволоки, имеющей одинаковое сечение по всей длине и однородный материал, пропорционально её длине. Поэтому сопротивление участков реохорда и можно заменить их длинами, что вытекает из равенства

Тогда

Основные параметры и требования к мостам постоянного тока устанавливаются ГОСТ. В соответствии со стандартом предел допускаемой основной относительной погрешности (в процентах) нормируется в виде одночленной или двучленной формулы:

или ,

где и - числовые коэффициенты, характеризующие погрешность моста; - конечное значение сопротивления данного диапазона измерений; - измеряемое сопротивление.

Конструктивно мосты обычно выполняют в металлическом корпусе, на панели которого размещаются ручки магазина сопротивлений (плечо сравнения), переключатели плеч отношения, зажимы для подключения измеряемого объекта, наружного гальванометра, источника питания. Некоторые мосты выпускаются со встроенными гальванометрами.

Для измерения сопротивлений в широком диапазоне выпускаются одинарные и одинарно – двойные мосты. Например, одинарно – двойной мост предназначен для измерений на постоянном токе сопротивлений от 10^-8 до 10¹⁰ Ом. Основная допускаемая погрешность моста определяется классом точности (), который для этого моста гарантируется от до в зависимости от поддиапазона измерений.

11.5.3 Мосты переменного тока для измерений ёмкости, угла потерь, индуктивности и добротности

В соответствии с условиями равновесия моста переменного тока (11.1) схемы мостов для измерения ёмкости, угла потерь индуктивности и добротности могут иметь различные варианты включения в плечи резисторов, катушек индуктивностей, конденсаторов и исследуемого объекта.

11.5.4 Компенсаторы постоянного тока

Принцип действия компенсаторов (потенциометров) постоянного тока. Схема компенсатора, дающая представление об устройстве этого прибора приведена на рис. 11.13., где - нормальный элемент, ЭДС которого точно известна; - измеряемая ЭДС; НИ – нуль – индикатор (обычно магнитоэлектрический гальванометр); - образцовый резистор, сопротивление которого выбирается в зависимости от значения рабочего тока компенсатора и значения ЭДС нормального элемента ; - резистор с точно известными регулируемым сопротивлением; - реостат; - вспомогательный источник тока.

Рис. 11.13 – Конденсатор постоянного тока

Методика измерения заключается в следующем. Сначала устанавливается определенное для компенсатора значение рабочего тока.

Для этого переключатель В быть поставлен в положение 1, а сопротивление резистора R₁ надлежит изменять до тех пор, пока гальванометр не покажет отсутствие тока это будет при IR_H=E_H.

После установления рабочего тока I переключатель В должен быть поставлен в положение 2 и при этом перемещение подвижного контакта А опять необходимо добиться отсутствием тока в гальванометре. Это будет при некотором значении сопротивления . Тогда , где - раннее установленное значение тока. Этот способ требует постоянства рабочего тока во время измерений.

Точность установления компенсации, а следовательно, и точность измерения компенсатором зависят от чувствительности компенсатора. Чувствительность компенсатора

где - чувствительность схемы компенсатора; - чувствительность гальванометра; - приращение тока в цепи гальванометра, вызванное изменением на .

Следует учесть, что является переменной величиной, зависящей от сопротивления входной цепи, и в том числе от сопротивления источника измеряемой ЭДС.

Высокая точность измерения компенсатором обусловлена высокой чувствительностью применяемого гальванометра, высокой точностью нормального элемента и резисторов, а также высокой стабильностью вспомогательного источника питания.

Достоинством компенсатора является также отсутствие потребления мощности от источника измеряемой величины в момент компенсации. Именно по этой причине возможно измерение ЭДС с помощью компенсаторов.

Предел допускаемой основной погрешности для компенсаторов постоянного тока определяют по одночленной формуле:

или

Компенсаторы можно использовать для измерения напряжений, превышающих их предел измерений. В этом случае измеряемое напряжение подается на вход компенсатора через образцовый делитель напряжения.

Компенсаторы широко применяют также для точного измерения тока и сопротивления косвенным способом.

Дата добавления: 2014-01-05