Мостовые схемы электрических измерений

Измерительные преобразователи сравнения

Ø Мостовые схемы реализуют нулевой метод сравнения и использу­ются для точного измерения величины сопротивлений, индуктивностей, ем­костей, а в некоторых случая и для измерения ЭДС.

Мостовые схемы также широко применяются при измерении неэлектрических физических величин при условии, что метод их измерения связан с преобразованием этих величин в изменение активного или реактивного сопротивле­ния чувствительного элемента датчика.

Мостовая схема или измеритель­ный мост представляет собой мост Уин­стона (рис. 2.50), в одной диагонали (CD) которого находится источник по­стоянного или переменного напряжения, а во вторую– измерительную диагональ (AB), включен измерительный прибор – амперметр или нуль-индикатор, т.е. прибор, сигнализирующий об отсутст­вии тока в цепи.

Мостовая схема характеризуется тем, что при определенном соотноше­нии величин сопротивлений, входящих в плечи моста, ток в его измерительной диагонали будет равным нулю. Соотношение между сопротивлениями плеч, при котором достигается отсутствие тока в измерительной диагонали, назы­вается условием равновесия моста. Это условие легко получить, если при­нять во внимание, что при отсутствии тока в диагонали CD потенциалы то­чек C и D равны и, следовательно, попарно равны и падения напряжения на сопротивления R1 и R3, R2 и R4. Отсюда вытекает, что в состоянии равновесия, т.е. при отсутствии тока в измерительной диагонали, значения сопротивлений в плечах моста должны удовлетворять ус­ловию:

(2.23)

Ø Измерительный мост называется уравновешенным, если в исходном состоянии ток в его измерительной диагонали отсутствует.

Ø В уравновешенном мосте произведения сопротивлений противоположных плеч равны

С помощью уравновешенной мостовой схемы очень легко определить неизвестное сопротивление, включив его в одно из плеч моста. Пусть неиз­вестное сопротивление R _x, которое включено в плечо AD вместо сопротив­ления R2. Тогда при условии, что мост уравновешен и три оставшихся со­противления в плечах моста нам известны, величина неизвестного сопротив­ления будет равна R _x = R1·R3/R4. Состояние равновесие может быть получено изменением величины одного из сопротивлений, например R1, или соотно­шения между двумя другими сопротивлениями, R3/R4. Условие достижение равновесия контролируется прибором в измерительной диагонали моста, ко­торый должен быть максимально чувствительным к малым измерениям тока, т.е. гальванометром.

Если в исходном состоянии ток в изме­рительной диагонали моста не равен нулю, то такой мост называется неурав­новешенным. Величина тока в измерительной диагонали зависит от ЭДС ис­точника питания, сопротивлений плеч моста, а также внутренних сопротив­лений источника ЭДС R_е и измерительного прибора R5.

Измеряемое сопротивление определяется по величине тока в измерительной диагонали: R_x = f(I_d), выражение для которого может быть получен из урав­нений Кирхгофа и выражен через напряжение питания U или через ток ис­точника питания I

(2.24)

где значения коэффициентов M и N являются нелинейными алгебраиче­скими функциями от значений всех сопротивлений, входящих в схему моста:

(2.25а)

(2.25б)

Электрическую схему моста можно преоб­разовать к эквивалентному виду, показанному на рисунке 2.51, где R_е – внутреннее сопротив­ление источ­ника питания, а R_m – эквивалент­ное сопротивление подключенного к нему по диагонали питания измерительного моста. R_m Величину входного сопро­тивления мостовой схемы можно получить из уравнений 2.ХХ, если выраже­ние для напряжения на измери­тельной диаго­нали разделить на величину тока, отдаваемого источником пи­тания, т.е.:

Если эквивалентное сопротивление моста невелико, R_m << R_e, то мост на­зывается низко­омным, т.е. с малым входным сопротивлением. В этом случае изменение сопротивлений плеч практически не влияет на ток питания моста, т.е. можно полагать I = const

Если эквивалентное сопротивление моста велико R_m >> Re, - мост называ­ется высокоомным. В этом случае при изменении сопротивлений в плечах моста постоянным будет напряжение на зажимах измерительной диагонали.

Дата добавления: 2015-03-31