Измерительные мосты

Измерительный мост – это обычно четырехплечая электронная цепь, составленная из резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности, созданная для определения дела характеристик этих компонент. К одной паре обратных полюсов цепи подключается источник питания, а к другой – нуль-детектор. Измерительные мосты используются исключительно в тех случаях, когда требуется завышенная точность измерения. (Для измерений со средней точностью лучше воспользоваться цифровыми устройствами, так как они проще в воззвании.) Лучшие трансформаторные измерительные мосты переменного тока характеризуются погрешностью (измерения дела) порядка 0,0000001%.

Более четкие измерения сопротивления неизменному току производятся при помощи мостов неизменного тока. Мосты делятся на две группы: одинарные и двойные.

Одинарный мост, именуемый мостом Уитстона, используют для измерения сопротивлений от 1 Ом до 100 Мом.

Двойной мост, именуемый мостом Томпсона, употребляют для измерения малых величин сопротивлений – наименее 1 Ом.

Одинарный мост состоит из 4 плеч: три узнаваемых сопротивления в плечах моста совместно с измеряемым сопротивлением образуют замкнутый четырехполюсник. В измерительную диагональ моста включен указатель равновесия, в качестве которого употребляют магнитоэлектрический гальванометр. В другую диагональ моста врубается источник неизменного тока.

Рис. 7.1 Схемы одинарных мо­стов неизменного и переменного тока

Подбором сопротивлений достигают отсутствия тока через гальванометр. В состоянии равновесия моста производится условие:

, .

Отношение 2-ух сопротивлений в плече моста является фиксированным множителем (…) для регулируемого сопротивления в плече моста содержащем неведомое сопротивление.

Погрешность измерения находится в зависимости от измеряемого спектра, по мере роста измеряемого сопротивления миниатюризируется чувствительность прибора, растет воздействие сопротивления изоляции. Нижний предел измерений ограничен воздействием сопротивления соединительных проводов. Эти погрешности исключаются в двойном мосте. Мост именуется двойным, потому что содержит два комплекта плеч дела. При всем этом реализуется дифференциальный принцип измерения.

Для сотворения мостовых схем на переменном токе употребляют трансформаторные и емкостные измерительные схемы. Употребляют для измерения активного сопротивления, индуктивности и емкости.

Равновесие такового моста достигается при выполнении условия:

. (7.1)

Из данного условия следует, что для уравновешивания моста с всеохватывающими сопротивлениями нужна регулировка активной и реактивной составляющих. Равенство фаз показывает, какими по нраву должны быть сопротивления плеч моста для обеспечения равновесия мостовой схемы. Верный выбор регулируемых частей моста и питание напряжением завышенной частоты обеспечивает резвое уравновешивание моста и его неплохую сходимость.

Сходимость моста – это возможность заслуги состояния равновесия определенным числом переходов от регулировки 1-го параметра к регулировке другого.

Погрешность мостов переменного тока складывается из последующих составляющих: погрешности выполнения частей схемы, погрешности их подгонки, от неполного учета активной и реактивной составляющих сопротивлений плеч моста, погрешности отсчетного устройства. С увеличением частоты погрешности растут.

К резистору тяжело подсоединить провода, не привнеся при всем этом сопротивления контактов порядка 0,0001 Ом и поболее. В случае сопротивления 1 Ом таковой токоподвод заносит ошибку порядка всего только 0,01%, но для сопротивления 0,001 Ом эта ошибка будет составлять уже 10%. В таких случаях употребляют двойной измерительный мост (мост Томсона), созданный для измерения сопротивления резисторов малого номинала. Сопротивление таких четырехполюсных резисторов определяют как отношение напряжения на их возможных зажимах к току через их токовые зажимы. При таковой методике сопротивление присоединительных проводов не заносит ошибки в итог измерения искомого сопротивления. Два дополнительных плеча исключают воздействие соединительного провода меж зажимами.

Рис. Двойной измерительный мост (мост Томсона – более четкий вариант моста Уитстона, применимый для измерения сопротивлений в области микроом).

Более всераспространенные измерительные мосты переменного тока рассчитаны на измерения или на сетевой частоте 50–60 Гц, или на звуковых частотах (обычно поблизости 1000 Гц); спец же измерительные мосты работают на частотах до 100 МГц.

Обычно, в измерительных мостах переменного тока заместо 2-ух плеч, точно задающих отношение напряжений, употребляется трансформатор. К исключениям из этого правила относится измерительный мост Максвелла – Вина. Таковой измерительный мост позволяет ассоциировать образцы индуктивности (L) с образцами емкости на не известной точно рабочей частоте. Образцы емкости используются в измерениях высочайшей точности, так как они конструктивно проще прецизионных стандартов индуктивности, более малогабаритны, их легче экранировать, и они фактически не делают наружных электрических полей. Мост уравновешивается даже в случае «нечистого» источника питания (т.е. источника сигнала, содержащего гармоники основной частоты).

Одно из преимуществ измерительных мостов переменного тока – простота задания четкого дела напряжений средством трансформатора. В отличие от делителей напряжения, построенных из резисторов, конденсаторов либо катушек индуктивности, трансформаторы в течение долгого времени сохраняют неизменным установленное отношение напряжений и изредка требуют повторной калибровки. На рис. 4 представлена схема трансформаторного измерительного моста для сопоставления 2-ух однотипных полных сопротивлений.

Рис. Трансформаторный измерительный мост.

К недочетам трансформаторного измерительного моста можно отнести то, что отношение, задаваемое трансформатором, в некий степени находится в зависимости от частоты сигнала. Это приводит к необходимости проектировать трансформаторные измерительные мосты только для ограниченных частотных диапазонов, в каких гарантируется паспортная точность.

Измерительные мосты нужно кропотливо заземлять и экранировать, чтоб паразитные емкости меж различными частями схемы моста не вносили ошибку уравновешивания.

В измерительных мостах переменного тока в большинстве случаев используются нуль-детекторы 2-ух типов. Нуль-детектор 1-го из их представляет собой резонансный усилитель с аналоговым выходным прибором, показывающим уровень сигнала. Нуль-детектор другого типа – это фазочувствительный сенсор, который делит сигнал разбаланса на активную и реактивную составляющие. Такие устройства применимы в тех случаях, когда требуется точно уравновешивать только одну из неведомых составляющих (скажем, индуктивность L, но не сопротивление R катушки индуктивности).