Измерительным мостом называется электрический прибор для измерения сопротивлений, ёмкостей, индуктивностей и других электрических величин. Мост представляет собой измерительную мостовую цепь, действие которой основано на методе сравнения измеряемой величины с образцовой мерой. Метод сравнения даёт весьма точные результаты, вследствие чего измерительные мосты получили широкое распространение как в лабораторной, так и в производственной практике.
Одним из наиболее эффективных средств измерений параметров электрических цепей являются мосты постоянного и переменного тока. Широко применяются они и в поверочных лабораториях в качестве образцовых средств при поверке мер электрических величин. Выпускаемые промышленностью мосты позволяют измерять сопротивления, емкости, индуктивности и связанные с ними параметры: постоянные времени катушек сопротивления, добротности катушек индуктивности, тангенсы угла потерь конденсаторов с погрешностью от единиц до тысячных долей процента.
1. Устройство и принцип работы измерительного прибора
Устройство одинарных измерительных мостов постоянного тока
Одинарный мост постоянного тока состоит из трех образцовых резисторов (обычно регулируемых) R1, R2, R3 (рис. 1, а), которые включают последовательно 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.
Рисунок. 1 Схемы одинарных измерительных мостов постоянного тока: а — общая; б — с плавным изменением отношения плеч и скачкообразным изменением плеча сравнения
Схема работает следующим 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 разными, то и потенциалы точек цa, цb и цc будут неодинаковы. Поэтому, если выключателем SA1 включить гальванометр, то через него будет проходить ток, равный Iг= (цb — цd) / Ro.
Задача измеряющего заключается в том, чтобы уравновесить мост, то есть сделать потенциалы точек цb и цd одинаковыми, другими словами, уменьшить ток гальванометра до нуля.
Для этого начинают изменять сопротивления резисторов Rl, R2 и R3 до тех пор, пока ток гальванометра не станет равным нулю.
При Iг=0 можно утверждать, что цb = цd. Это возможно лишь тогда, когда падение напряжения Uab — Uad и
Электропередача постоянного тока
... мощности постоянным током. Рис 1. Схема электропередачи энергии постоянным током с биполярной линией. 1 — трехо-бмоточный трансформатор (группа) с расщепленными обмотками СН и НН 2 — вольтодобавочный трансформатор 3 — вентильный мост, ...
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 первое равенство на второе, получим
Rх / R1 = R3 / R2 или Rх R2 = R1 R3
Последнее равенство есть условие балансировки одинарного моста постоянного тока.
Из него следует, что мост сбалансируется тогда, когда произведения сопротивлений противолежащих плеч будут одинаковыми. Отсюда измеряемое сопротивление определится по формуле Rх = R1R3 / R2
В реальных одинарных мостах изменяют либо сопротивление резистора R1 (его называют плечом сравнения), либо отношение сопротивлений R3/R2.
Есть измерительные мосты, у которых меняется только сопротивление плеча сравнения, а отношение R3/R2 остается постоянным. И наоборот, изменяется только отношение R3/R2, а сопротивление плеча сравнения остается постоянным.
Наибольшее распространение получили измерительные мосты, у которых плавно изменяется сопротивление R1 и скачками, обычно кратными 10, изменяется отношение R3/R2 (рисунок. 1,б), например в распространенных измерительных мостах Р333.
Рисунок 2 Измерительный мост постоянного тока Р333
Каждый измерительный мост характеризуется пределом измерений сопротивлений от Rmin до Rmax. Важным параметром моста является его чувствительность
Sм = SгSсх, где Sг=da/dIг
- чувствительность гальванометра,
Scx=dIг/dR —
Подставляя Sг и Scx в Sм, получим Sм= da/ dR.
Иногда пользуются понятием относительной чувствительности измерительного моста:
Sм= da/ (dR / R).
где dR / R — относительнее изменение сопротивления в измеряемом плече, da — угол отклонения стрелки гальванометра.
В зависимости от конструктивного оформления различают магазинные и линейные (реохордные) измерительные мосты.
В магазинном измерительном мосте сопротивления плеч выполнены в виде штепсельных или рычажных многозначных мер электрических сопротивлений (магазинов сопротивлений), в реохордных мостах плечо сравнений делают в виде магазина сопротивлений, а плечи отклонения — в виде резистора, разделяемого ползунком на две регулируемые части.
Устройство двойных мостов постоянного тока
Плечами двойного (шестиплечего) измерительного моста служат измеряемое сопротивление Rx (выполняют четырехзажимным для уменьшения влияния переходных контактных сопротивлений и включают в сеть через специальное четырехзажимное приспособление), образцовый резистор Ro и две пары вспомогательных резисторов Rl, R2, R3, R4.
Рис. 3 Схема двойного измерительного моста постоянного 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 отношения плеч R1/R2 и R4/R3 равны между собой, то вычитаемое равно нулю.
Несмотря на то, что сопротивления R1 и R4, перемещая движок D, устанавливают одинаковыми, из-за разброса параметров сопротивлений R2 и R4 этого добиться очень сложно.
Мостовые измерительные цепи
Измерительные мосты постоянного тока подразделяются на одинарные (4-плечие) - для измерения активных (омических) сопротивлений от 1 Ом - и комбинированные (одинарно-двойные) - для измерения сопротивлений в широком диапазоне. Измерительные мосты переменного тока служат для измерений ...
Для уменьшения ошибки измерений надо сопротивление перемычки, соединяющей образцовый резистор Ro и измеряемое сопротивление Rx, брать как можно меньшим. Обычно к прибору придается специальный калиброванный резистор r. Тогда вычитаемое выражения практически становится равным нулю.
Значение измеряемого сопротивления можно определить по формуле:
Rх = Ro R1/R2
Двойные измерительные мосты постоянного тока рассчитаны на работу только с переменным отношением плеч. Чувствительность двойного моста зависит от чувствительности нулевого указателя, параметров мостовой схемы и значения рабочего тока. С увеличением рабочего тока чувствительность увеличивается.
Наибольшее распространение получили комбинированные измерительные мосты постоянного тока, рассчитанные на работу по схемам одинарного и двойного моста.
2. Область применения измерительного прибора
Измерительные элементы применяют в работе с кабельными линиями из металла. Они позволяют нейтрализовать постороннее влияние для более эффективной локализации дефектов. Гарантированы высокоточные результаты в рамках диапазона измеряемых величин.
С помощью мостовой схемы Уитстона можно вычислить сопротивление изменяющегося элемента. Схемы используют в конструкциях электронных весов, электронных термометров и терморезисторов.
Среди промышленных образцов широко известны приборы с ручной калибровкой равновесия:
1. ММВ — измеряет сопротивление проводника постоянного напряжения;
2. Р333 — схема одинарного моста, с помощью которой выявляется поврежденный участок кабеля.
3. Порядок проведения измерений
Измерение сопротивлений от 10 до 999900 Ом производится по двухзажимной схеме включения, для чего необходимо:
- а) замкнуть зажимы 1 и 2 с помощью перемычки, при этом зажимы 3 и 4 замкнутся автоматически;
- б) переключатель схемы поставить в положение «МВ»;
- в) подключить измеряемое сопротивление к зажимам 2 и 3;
- г) установить переключатель плеч отношений на соответствующий множитель согласно таблице 5 в зависимости от предполагаемой величины Rx;
- д) установить на четырех декадах сравнительного плеча ожидаемое сопротивление;
- е) нажать кнопку «Вкл».
Если при таком нажатии наблюдается резкий отброс стрелки- это свидетельствует о неправильно выбранном множителе n; ручкой «П5» выберите множитель n таким образом, чтобы отклонение стрелки не превышало 0,2-0,4 мм от нулевой отметки, после чего зафиксировать кнопку «Включение гальванометра» и перейти на измерение при нажатой кнопке «грубо»; уравновешивание схемы производить ручками П1-П4 (до тех пор пока стрелка гальванометра не станет на нуль);
- ж) нажать кнопку «точно» и окончательно уравновесить мост;
з) вычислить сопротивление по формуле:
r1 RX = nR
где n = — множитель, устанавливаемый на декаде плеч отношения;
- R- сопротивление сравнительного плеча;
- и) после окончания измерений кнопки «Вкл», «грубо» и «точно» отжать.
Измерение сопротивлений от 9,999 до 0,005 Ом производится по четырехзажимной схеме включения, для чего необходимо:
- а) перемычку, соединяющую зажимы 1 и 2 отсоединить;
- б) измеряемое сопротивление присоединить к зажимам 1,2,3 и 4 с помощью четырех проводников(сопротивление проводников, идущих от зажимов 2 и 3 должно быть не более 0,005 Ом);
- в) процесс уравновешивания и подсчет результатов измерения производится так же, как и при измерении от 10 до 999900 Ом.
4. Погрешности и причины их появления
По допустимой погрешности одинарные измерительные мосты постоянного тока имеют класс точности: 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 1,0; 5,0. Числовое значение класса точности соответствует наибольшему допустимому значению относительной погрешности.
Структурная схема северного моста
... чтение данных из оперативной памяти, модификация данных в оперативной памяти. Структурная схема северного моста Контроллер динамической оперативной памяти состоит из таких элементов: устройство управления; устройство ... случае, данные и сигналы состояния, для движения до первой станции—северного моста. А северный мост, как узловой центр, доставит эти сигналы конечному необходимомму Теперь рассмотрим ...
Погрешность одинарного моста постоянного тока зависит от степени соизмеримости сопротивлений соединительных проводов и контактов с измеряемым сопротивлением. Чем меньше измеряемое сопротивление, тем больше погрешность. Поэтому для измерения малых сопротивлений применяют двойные мосты постоянного тока.
Чувствительность двойного моста зависит от чувствительности нулевого указателя, параметров мостовой схемы и значения рабочего тока. С увеличением рабочего тока чувствительность увеличивается.
мост постоянный ток погрешность
Список использованных источников
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/mostyi-postoyannogo-toka/
1. Как устроены и работают измерительные мосты постоянного тока [Электронный ресурс] // electricalschool.info/, 2020. — Режим доступа: http://electricalschool.info/main/naladka/519-kak-ustroeny-i-rabotajut-izmeritelnye.html /
2. Мост постоянного тока — материал взят с сайта Студворк [Электронный ресурс] // studwork.org/, 2020. — Режим доступа: https://studwork.org/spravochnik/fizika/most-postoyannogo-toka
3. Измерительный мост [Электронный ресурс] // www.equipnet.ru /, 2020. — Режим доступа: https://www.equipnet.ru/articles/tech/tech_54359.html
4. Измерение параметров электрических цепей мостами постоянного тока [Электронный ресурс] // elib.osu.ru//, 2020. — Режим доступа: http://elib.osu.ru/bitstream/123456789/9503/1/1971_20110827.pdf
