Аналоговые измерительные устройства

4.1. Основные соотношения.

Измерительные мосты используются для измерения пассивных параметров электрических цепей и величин функционально с ними связанных, таких как частота, фазовый угол и температура. С помощью мостов проводят измерения методом сравнения неизвестного параметра с мерой, поэтому мосты обычно более точны, чем приборы для абсолютных измерений.

          Одинарный мост (рис. 4.1) имеет четыре плеча Z1, Z2, Z3, Z4  источник питания U0 (I0) и нуль-индикатор (НИ). 


         

Рис. 4.1.

В диагональ AB, называемую выходной (измерительной), включается нагрузка (в частном случае нуль-индикатор) с сопротивлением ZН.   

          Зависимость   тока  IН  в  нагрузке  от  параметров моста и напряжения питания U равна:

;

.

          При выполнении равенства

.                  (4.1)

ток в нагрузке равен нулю . В этом случае говорят, что достигается равновесие моста. Если Z4 – неизвестное сопротивление, то его значение можно определить из условия равновесия (4.1):

                     (4.2)

Отсюда следует, что равновесие не зависит от сопротивления нуль-индикатора, напряжения и сопротивления источника питания. Таким образом, высокостабильный источник питания не требуется.

          Z3  называется плечом сравнения, а Z 1 и Z2  плечами отношения.

          Отношение сопротивлений Z1  и Z2 определяет диапазон изменения измеряемых величин. Для расширения диапазона мосты снабжаются переключателями, которые изменяют сопротивления плеч 

          Полные сопротивления плеч моста могут быть записаны в виде

                 (4.3)

Подставив значения Z1,  Z2, Z3  и Z4   в (4.1), получим два равенства для мнимых и действительных членов

                              (4.4)

          Наличие двух уравнений равновесия означает необходимость регулирования не менее двух параметров моста переменного тока для достижения равновесия.

          Учитывая, что

;    ;    ;    ,       (4.5)

можно записать условия равновесия моста на переменном токе в виде

                                 (4.6)

Отсюда     

                                     (4.7)

          Условие φ1 + φ4 = φ2 + φ3 указывает, пи каком расположении плеч, в зависимости от их характера можно уравновесить мост.

          Так как в мостах переменного для достижения равновесия моста необходимо регулировать два параметра, то возникает вопрос о его сходимости.

          Сходимость моста переменного тока это способность моста достигать состояния равновесия большим или меньшим числом поочередных переходов от регулировки одного параметра к регулировке другого.

          В мостах переменного тока часто применяют электронные нуль - индикаторы, входное сопротивление которых приближенно можно считать равным бесконечности.

          Мосты, в которых измеряемая величина определяется из условия равновесия (4.1), называются уравновешенными. Если измеряемая  величина определяется по значению тока или напряжения выходной диагонали моста, то такие мосты называются неуравновешенными.

          Для получения наибольшей  чувствительности моста необходимо включить нуль-индикатор между контактами двух плеч с максимальными импедансами и двух плеч с минимальными импедансами.


© Copyright 2008, SLAiPS. All Rights Reserved. | Design by Design by analogiu.ru