evtiheeva_n_n__izmerenie_yelektricheskih _i_neyelektricheskih (1024281), страница 15
Текст из файла (страница 15)
В простейшем случае мостовая схема содержит четыре резистора, соединенных в кззльцевой замкнутый контур. Такую схему имеет одинарный моск постоянного тока (рис. 2.35) . Резисторы В1, Я2, ВЗ и В4 этого контура называются плечами моста, а точки соединения соседних плеч — вершинами моста. Пепи.
соединяющие противоположные вершины, называют диагоналями. Одна из диагоналей (1 — 4) содержит источник питания ОВ, а другая (1 — 2) — указатель равновесия РС. В случае моста перменного тока его плечи могут включать в себя не только резисторы„но также конденсаторы и катушки индуктивности, т.е. сопротивления могут иметь комплексный характер. Мост называется уравновешенньЗЗЬ если разность потенциалов между точками 1 и 2 равна нулю, т.е. напряжение на диагонали, содержащей индикатор нуля„отсутствует и ток через индикатор равен нулю. Соотношение между сопротивлениями плеч, при котором мост уравновешен, назь1вается условием равновесия моста. Это условие можно гюлучить, используя законы Кирхгофа для расчета мостовой схемы.
Например„пля одинарного моста постоянного тока зависимость проте. кающего через ищ1икатор нуля (гальванометр) Рб тока 1. от сопротивлений плеч, сопротивления гацьванометра АС и напряжения питания Гимеет вид Г1(Л1Л4 ))2л3) С Л( (К1 +ЛЗ)(ЛЗ +Л4) +ЗЧ1)ЧЗ ФЗ Л4) +ЗЧЗ~'4 1'! ЗЧЗ) (2.75) Ток 1~ =0 прн В1В4 ~2~3 (2.7б) 79 Рис. 2.36 Рис 2.35 Это и есть условие равновесия одинарного моста постоянного тока, которое можно сформулировать следующим образом: для того чтобы мост был уравновешен, произведения сопротивлений противолежащих плеч должны быть равны. Если сопротивление одного из плеч неизвестно (например, Я, = Я„), то условие (2.76) будет иметь вид 7~, = 11э7~эФч Таким образом, измерение при помощи одинарного моста можно рас.
сматривать как сравнение неизвестного сопропшления Я„с образцовым сопРотивлением Йт пРи сохРанении неизменным отношением ттз77т4. По этой причине плечо тг2 называют плечом сравнения, плечи ттЗ и Я4— плечами отношения. Одинарные мосты могут также работать на переменном токе. В этом случае сопротивления плеч являются комплексными. Обобщенная схема моста переменного тока представлена на рис. 2.36.
Индикатором нуля обычно служит электронный милливольтметр. Возможно также использование электронного индикатора нуля на базе электронно-лучевой трубки. Электронные индикаторы имеют очень большое входное сопротивление, что выгодно отличает их от электромеханическнх устройств, таких, как вибрационный гальванометр или телефонные пауль ники, которые тоже иногда используются в качестве индикаторов нуля. Аналогично соотношению (2.76) условие равновесия одинарного моста переменного тока имеет вид (2.77) где Ет, Уд, Уз и Яч — комплексные сопротивления плеч.
Как известно, любое комплексное число Я можно представить в показательной форме: У = телР. Используя'зто представление„получим 71 вместо условия (2.77) равенство еМз~ ейе4 = т ест /Фэ (2.78) которое справедливо только в том случае, если выполняются вытекаю- щие нз него соотношения (2.79) тзт4 = тэта Ф1 + ~еч = Фз + Фз. (2.80) ! Условие (2.79), требующее равенства произведений модулей комплексных сопротивлений противолежащих плеч, дополняется условием (2.80), налагающим требование равенства сумм их аргументов.
Только одновременное выполнение соотношений (2.79) в (280) обеспечивает равенство нулю напряжения на диагонали 1 — 2, в которую включен индикатор нуля РГ (рис. 2.36). Условия равновесия можно записать иначе, если воспользоваться не показательной, а алгебраической формой представления комплексных чисел Е = Л + )Х, где Я и Х вЂ” вещественная и мнимая части соответственно. В нашем случае символом Е обозначено комплексное сопротивление, а А я Х представляют собой активную и реактивную составляющие. В алгебраической форме условие (2.77) перепишется в виде (ттт + 7 Хз) (Яа + уХч) = (Ьт + /Хт)(кэ + )Хз) (2.81) Это равенство выполняется, если справедливы равенства для активных и реактивных частей: (2.82) ВФч — Х~Хч = Вг~з — ХтХэ (2.83) В1Х4 + В4Х1 ~тХз + ~эХт Вновь требуется одновременное выполнение соотношений (2.82) н (2.83). Лве пары равенств (2.79), (2.80) н (2.82), (2.83) полностью равноправны, и выбор того нли другого определяется соображениями удобства при расчетах конкретных мостовых схем.
Чтобы обеспечить выполнение двух условий одновременно, необходимо иметь не менее двух регулируемых элементов. Имн чаще всего являются резисторы и конденсаторы, поскопьку они допускают более точную регулировку, чем катушки иадуктивности. На практике важно, чтобы моск можно было быстро, с наименьшим числом элементарных операций по регулировке, уравновесить. Чиащ таких операций, необходимых для достижения равновесия, характеризует *'схаднмость" моста. Правильный выбор 72 регулируемых злементов н их положения в плечах моста обеспечивает наилучшую сходимость, а следовательно, и наименьшее время измерений. Чувствительность мостов.
В соответствии с общим определением чувствительности злектроизмерительных приборов чувствительность моста определяется как отношение изменения сигнала на его выходе (тока, напряжения, мощности) к вызвавшему его изменению измеряемой величины (сопротивления, емкости и др.), т.е, Б = г/тфх, (2.84) где Я вЂ” чунстантельносп; т — выходная величина; Х вЂ” входная величина.
Если использовать конечные приращения, то чувствительность (2.85) В = ДУ/ДХ, причем приращение входной величины ДХ должно быль взято вблизи равновесия. Так как мост состоит нз мостовой схемы и указателя, то удобно рассматривать чувствительность моста в виде произведения чувствительностей мостовой схемы и индикатора нуля: Ю = Яс»Бнн. В случае моста постоянного тока, когда индикатором служит магнитозлектрический гальванометр, выходной величиной является отклонение стрелки или сне~оного указателя, а входной — измеряемое сопротивление Л» = Л „. Тогда выражение (2.82) принимает вид Б = да/дЛ, (2.8б) Чувствительносп моста можно представить в виде произведения двух велччин С)( С/ ) ~С8 (гЛТ) где Д/с — ток, протекающий через рамку гальванометра; 8 — чувстви- С тельность гальванометра, а Я „— чувствительность мостовой схемы схг к току.
Аналогично можно определить чувствительность мостовой схемы к напряжению Б „= Д~/ /ДЛ, и к мощности Я „= ДРС/ДЛ,.Входящие в эти определения доС и дРС являются приращениями напряжения и мощности в цепи гальванометра. Если используется индикатор с очень высоким сопротивлением, например электронный индикатор, ток через который пренебрежимо мал, то чУвствнтельность схеь.з. к напРижению Яс»С ЯвлЯетсЯ наиболее подходящей характериск . зй. Требуемая чувствительность достигается рациональным выбором мостовой схемы, индикатора нуля и напряжения питания моста.
Автоматические мосты. Автоматизация производственных процессов потребовала создания и широкого использования автоматических устройств для измерения температуры и других незлектрических величин. Очень часто изменение этих величин преобразуется в изменение электрического сопротивления, которое и измеряется. На рнс. 2З7 приведена схема автоматического моста для измерения активного сопротивления В . Схема по существу представляет собой обычный одинарный мост, уравновешивание которого достигается перемещением ползунка реохорда.
Перемещение осуществляется при помощи реверсивного двигателя РД, ротор которого вращается до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие моста. Одновременно с перемещением пслзуна происходит движение указатели и пера регистрирующего устройства, если таковое имеется. Питание моста обычно производится переменным током, поскольку в этом случае схема оказывается проще, чем лри использовании постоянного тока. Приведенная погрешность автоматических мостов равна 0,25-0,5%, быстродействие — около 1 с.
Схемы и конструкции автоматических мостов переменного тока для измерения емкости и индуктнвности значительно сложнее и обеспечивают меньшую точность. ЕЛО. ЦИФРОВЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ Цифровыми измерительными приборами (ЦИП) называются приборы, которые в процессе измерения осуществляют автоматическое преобразование непрерывной измеряемой величины в дискретную с последующей индикацией результата измерений на цифровом отсчетном устройстве нли регистрацией его при помощи цнфропечатающего устройства.
Функциональная схема цифрового прибора представлена на рис. 2З8. Аналоговая величина Х сначала преобразуется входным аналоговым преобразователем лАП к аиду, удобному для последующего преобразования, затем при помощи АЦП производится ее дискретизация и кодирование (см. ниже); наконец, цифровое отсчетное устройство ЦОУ превращает кодированную информацию о измеряемой величине в цифровой отсчет, удобный для считывания оператором. В последние 74 годы цифровые приборы получили большое распространение, особенно в качестве лабораторных вольтметров, амперметров, омметров, частотомеров и фазометров, По сравнению с аналоговыми приборами цифровые имеют такие преимущества, как высокая точность, широкий рабочий диапазон, высокое быстродействие, получение результатов измерения в удобной для считывания оператором форме, возможность цифрового преобразования и ввода измерительной информации в ЭВМ, автоматического введения поправок для уменьшения систематических погрешностей, автоматической калибровки, автоматизации процесса измерения.
Недостатками цифровых приборов являются сложность, сравнительно высокая стоимость и меньшая, чем у аналоговых приборов, надежность. Следует, однако, указать, что развитие техники интегральных схем в значительной мере позволяет устранить указанные недостатки. Основой всякого цифрового прибора служит аналого-цифровой преобразователь (АЦП), который осуществляет дискретизацию, квантование и кодирование информации. Дискрегиэаяил есть процесс получения отсчетов измеряемой величины в определенные дискретные моменты времени.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
