ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ МОСТЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ МОСТЫ

Важным классом средств измерения, предназначенных для измерения параметров элементов электрических цепей методом сравнения, являют­ся мосты. Сравнение измеряемой величины (сопротивления, емкости, индуктивности) с образцовой мерой при помощи моста в процессе изме­рения может осуществляться вручную или автоматически, на постоян­ном или на переменном токе. Мостовые схемы обладают большой точностью, высокой чувствительностью, широким диапазоном измеряе­мых значений параметров. На основе мостовых методов измерения строятся средства измерения, предназначенные как для измерения какой-либо одной величины, так и универсальные аналоговые и цифровые приборы.

Одинарный мост постоянного тока.Такой мост (рис. 5.9)

содержит четыре резистора, соединенных в кольцевой замкнутый контур. Резисто­ры

этого контура называются плечами моста, а точки со­единения соседних плеч вершинами моста. Цепи, соединяющие про­тивоположные вершины, называют диагоналями. Диагональ содер­жит источник питания и называется диагональю питания. Диагональ , в которую включен

индикатор Г, называется измерительной диагона­лью.

В мостах постоянного тока в качестве индикатора обычно исполь­зуется гальванометр. Мосты постоянного тока предназначены для изме­рения активного сопротивления.

В общем случае зависимость протекающего через гальванометр тока от сопротивлений плеч, сопротивления гальванометра и напряжения пи­танияимеет вид

Измерение сопротивления может производиться в одном из двух режимов работы моста: уравновешен­ном либо неуравновешенном. Мост называется урав­новешенным, если разность потенциалов между вершинами cи d равна нулю, а, следовательно, и ток через гальванометр равен нулю.

Из (5.4) следует, что при

(5.5)

Это условие равновесия одинарного моста постоянного тока (5.5) можно сформулировать следующим образом: для того, чтобы мост был уравновешен, произведения сопротивлений противолежащих плеч моста должны быть равны. Если сопротивление одного из плеч моста (например,) неизвестно, то уравновесив мост путем подбора сопро­тивлений плеч находим из условия равновесия

В реальных мостах постоянного тока для уравновешивания моста регулируются отношениеи сопротивление плеча которые, со-

ответственно, называют плечами отношения и плечом сравнения.

В состоянии равновесия моста ток через гальванометр равен ну­лю и, следовательно, колебания напряжения питания и сопротивле­ния гальванометра влияния на результат измерения не оказывают (важно лишь, чтобы чувствительность гальванометра была доста­точной для надежной фиксации состояния равновесия). Поэтому ос­новная погрешность уравновешенного моста определяется чувстви­тельностью гальванометра, чувствительностью схемы, погрешностью сопротивлений плеч, а также сопротивлениями монтажных проводов и контактов. При измерении малых сопротивлений существенным источником погрешности может явиться сопротивление проводов, с помощью которых измеряемый резистор подключается к входным зажимам моста, так как оно полностью входит в результат измере­ния. Поэтому нижний предел измерения одинарного моста постоян­ного тока ограничен значениями сопротивления порядка 1 Ом. Верхний же предел измерения 10⁶...10⁸ Ом ограничивается чувстви­тельностью гальванометра.

При больших значениях измеряемого сопротивления токи в плечах моста очень малы и чувст­вительности гальванометра не­достаточно для четкой фиксации равновесия.

В режиме неуравновешенного моста измерение сопротивления производится по показаниям галь­ванометра, предварительно в комплекте с мостовой схемой отградуированного в единицах сопротивле­ния. Неуравновешенные мосты часто применяются в устройствах для разбраковки изделий по сопротивлению (резисторов, обмоток реле и т.п.). Так, если при изготовлении резисторов необходимо отобрать из партии резисторы с сопротивлениемто, уравновесив предварительно мост с помощью образцового магазина сопротивления при изменяют сопротивление магазина наи фиксируют соответствующие отклонения стрелки гальванометра (гальванометр с нулем посредине шкалы). Затем, вместо магазина сопротивле­ния ко входу моста подключаются контролируемые резисторы и если стрелка гальванометра выходит за допустимые пределы, резистор бракуется.

Неуравновешенные мосты по точности значительно уступают урав­новешенным, так как на результат измерения оказывают влияние колебания напря­жения питания и сопротивления гальванометра.

Двойной мост постоянного тока. Для измерения малых сопротивле­ний (от 1 до10^-8 Ом) применяют двойные мосты. Схема двойного моста представлена на рис. 5.10.

Для исключения влияния сопротивлений соединительных прово­дов и переходных сопротивлений контактов измеряемое сопротивле­ниеприсоединяется по четырехзажимной схеме включения: двумя токовыми зажимами в цепь источника питания моста, а двумя потен­циальными — в измерительную цепь. Аналогичные зажимы имеет образцовое сопротивление В цепь источника питания моста вхо­дит регулировочное сопротивление измеряемое сопротивление Rx образцовое сопротивление(одного порядка по величине с) и сопротивление

Сопротивление плеч входящие в измерительную цепь

выбирают достаточно большими (сотни и тысячи Ом), поэтому влияние сопротивлений монтажных проводов и переходных сопротивлений в контактах пренебрежимо мало.

При равновесии моста формула для определения сопротивления имеет вид

(5 6)

При соблюдении равенства

(5.7)

и достаточно малом сопротивлении вторым членом формулы (5.6) можно пренебречь.

Тогда формула (5.6) упрощается

Равенство (5.7) должно соблюдаться постоянно, поэтому резисторы регулируются при помощи спаренных органов управле­ния. Резистор представляет собой короткий отрезок медной шины большого сечения, сопротивление которого очень мало.

Как указано выше, ограниченная чувствительность гальванометра и мостовой схемы приводит к погрешности от неполного уравновешива­ния мостов.

Чувствительность гальванометрапредставляет собой отношение приращения отклонения стрелкик приращению токачерез галь­ванометр:

Чувствительность мостовой схемы определяется как отношение изменения выходного сигнала к изменению входного сигнала

Чувствительность моста

можно представить в виде

(5.8)

Отсюда видно, что чувствительность моста тем больше (а, следова­тельно, погрешность от неполного уравновешивания тем меньше), чем больше чувствительность мостовой схемы и гальванометра. Необходи­мая чувствительность моста достигается выбором гальванометра и пра­вильным расчетом мостовой схемы.

Промышленностью выпускаются одинарные и одинарно-двойные мосты постоянного тока классов от 0,005 до 5.