Устройство одинарных измерительных мостов неизменного тока

Одинарный мост неизменного тока состоит из 3-х примерных резисторов (обычно регулируемых) R1, R2, R3 (рис. 1, а), которые включают поочередно с измеряемым сопротивлением Rx в мостовую схему.

К одной из диагоналей этой схемы подают питание от источника ЭДС GB, а в другую диагональ через выключатель SA1 и ограничивающее сопротивление Ro включают высокочувствительный гальванометр РА.

Рис. 1. Схемы одинарных измерительных мостов неизменного тока: а — общая; б — с плавным конфигурацией дела плеч и скачкообразным конфигурацией плеча сопоставления.

Схема работает последующим образом. При подаче питания через резисторы Rx, Rl, R2, R3 проходят токи I1 и I2. Эти токи вызовут в резисторах падение напряжений Uab, Ubc, Uad и Udc.

Если эти падения напряжения будут различными, то и потенциалы точек φa, φb и φc будут неодинаковы. Потому, если выключателем SA1 включить гальванометр, то через него будет проходить ток, равный Iг= (φb — φd) / Ro.

Задачка измеряющего состоит в том, чтоб уравновесить мост, другими словами сделать потенциалы точек φb и φd схожими, другими словами, уменьшить ток гальванометра до нуля.

Для этого начинают изменять сопротивления резисторов Rl, R2 и R3 до того времени, пока ток гальванометра не станет равным нулю.

При Iг=0 можно утверждать, что φb = φd. Это может быть только тогда, когда падение напряжения Uab — Uad и Ubc = Udc.

Подставив в эти выражения значения падений напряжений Uad =I2R3, Ubc = I1R1, Udc = I2R2 и Uab =I1Rх, получим два равенства: I1Rх = I2R3, I1R1 = I2R2

Разделив 1-ое равенство на 2-ое, получим Rх / R1 = R3 / R2 либо Rх R2 = R1 R3

Последнее равенство есть условие балансировки одинарного моста неизменного тока.

Из него следует, что мост сбалансируется тогда, когда произведения сопротивлений противолежащих плеч будут схожими. Отсюда измеряемое сопротивление обусловится по формуле Rх = R1R3 / R2

В реальных одинарных мостах изменяют или сопротивление резистора R1 (его именуют плечом сопоставления), или отношение сопротивлений R3/R2.

Есть измерительные мосты, у каких изменяется только сопротивление плеча сопоставления, а отношение R3/R2 остается неизменным. И напротив, меняется только отношение R3/R2, а сопротивление плеча сопоставления остается неизменным.

Наибольшее распространение получили измерительные мосты, у каких плавненько меняется сопротивление R1 и скачками, обычно кратными 10, меняется отношение R3/R2 (рис. 1,б), к примеру в всераспространенных измерительных мостах Р333.

Рис. 2. Измерительный мост неизменного тока Р333

Каждый измерительный мост характеризуется пределом измерений сопротивлений от Rmin до Rmax. Принципиальным параметром моста является его чувствительность Sм = SгSсх, где Sг=da/dIг — чувствительность гальванометра, Scx=dIг/dR — чувствительность схемы.

Подставляя Sг и Scx в Sм, получим Sм= da/ dR.

Время от времени пользуются понятием относительной чувствительности измерительного моста:

Sм= da/ (dR / R).

где dR / R — относительнее изменение сопротивления в измеряемом плече, da — угол отличия стрелки гальванометра.

Зависимо от конструктивного дизайна различают магазинные и линейные (реохордные) измерительные мосты.

В магазинном измерительном мосте сопротивления плеч выполнены в виде штепсельных либо рычажных неоднозначных мер электронных сопротивлений (магазинов сопротивлений), в реохордных мостах плечо сравнений делают в виде магазина сопротивлений, а плечи отличия — в виде резистора, разделяемого ползунком на две регулируемые части.

По допустимой погрешности одинарные измерительные мосты неизменного тока имеют класс точности: 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 1,0; 5,0. Числовое значение класса точности соответствует большему допустимому значению относительной погрешности.

Погрешность одинарного моста неизменного тока находится в зависимости от степени соизмеримости сопротивлений соединительных проводов и контактов с измеряемым сопротивлением. Чем меньше измеряемое сопротивление, тем больше погрешность. Потому для измерения малых сопротивлений используют двойные мосты неизменного тока.

Устройство двойных мостов неизменного тока

Плечами двойного (шестиплечего) измерительного моста служат измеряемое сопротивление Rx (делают четырехзажимным для уменьшения воздействия переходных контактных сопротивлений и включают в сеть через особое четырехзажимное приспособление), примерный резистор Ro и две пары вспомогательных резисторов Rl, R2, R3, R4.

Рис. 3 Схема двойного измерительного моста неизменного тока

Равновесие моста определяется формулой:

Rх = Ro х (R1/R2) — (r R3 / (r +R3 +R4)) х (R1/R2 — R4/R3)

Отсюда видно, что если два дела плеч R1/R2 и R4/R3 равны меж собой, то вычитаемое равно нулю.

Невзирая на то, что сопротивления R1 и R4, перемещая движок D, устанавливают схожими, из-за разброса характеристик сопротивлений R2 и R4 этого достигнуть очень трудно.

Для уменьшения ошибки измерений нужно сопротивление перемычки, соединяющей примерный резистор Ro и измеряемое сопротивление Rx, брать как можно наименьшим. Обычно к прибору придается особый калиброванный резистор r. Тогда вычитаемое выражения фактически становится равным нулю.

Значение измеряемого сопротивления можно найти по формуле: Rх = Ro R1/R2

Двойные измерительные мосты неизменного тока рассчитаны на работу только с переменным отношением плеч. Чувствительность двойного моста находится в зависимости от чувствительности нулевого указателя, характеристик мостовой схемы и значения рабочего тока. С повышением рабочего тока чувствительность возрастает.

Наибольшее распространение получили комбинированные измерительные мосты неизменного тока, рассчитанные на работу по схемам одинарного и двойного моста.