Мостовой метод является одной из разновидностей метода сравнения. Приборы, основанные на мостовом методе, называются мостами постоянного и переменного тока, в зависимости от характера напряжения питания.
Мостовая измерительная цепь (МИЦ) в общем случае состоит из четырех сопротивлений z1 – z4, имеющих в общем случае комплексный характер и образующих две параллельные ветви к источнику питания ИП (рисунок 3.4.3).
В диагональ «аб» включен индикатор равновесия И (гальванометр), и эта диагональ называется индикаторной диагональю.
Как известно, схема моста находится в равновесии (балансе), если ток в индикаторной диагонали отсутствует. При этом показания индикатора равны нулю. В данном случае МИЦ реализует одну из основных модификаций метода сравнения – нулевой метод.
Моменту равновесия МИЦ соответствует равенство потенциалов точек «а» и «б», что возможно только тогда, когда падения напряжений в плечах z1 и z4, z2 и z3 будут равны между собой, т.е. I1×z1=I2×z4; I1×z2=I2×z3 при IИ = 0. Отсюда следует условие равновесия (баланса) МИЦ:
|
Рисунок 3.4.3 |
z1 × z3 = z2 × z4.
Учитывая, что z1 … z4 величины комплексные, условие (распадается на два:
|z1| × |z3| = |z2| × |z4|.
т.е. произведения модулей сопротивлений противоположных плеч равны между собой;
j1+ j3 = j2 + j4,
т.е. суммы фазовых углов между токами напряжениями в противоположных плечах равны между собой.
Следовательно, для уравновешивания моста необходимо произвести две настройки: подобрать модули сопротивлений и фазы. Обычно для этой цели изменяют в одном из плеч реактивную и активную составляющие сопротивления. Очевидно, что при изменении одной из них происходит одновременное изменение как модуля, так и фазы. Поэтому равновесие моста может быть достигнуто лишь методом последовательных приближений. Это требует наличия не менее двух регулируемых элементов. Кроме того, условие (2.3) предопределяет лишь ограниченное число комбинаций сопротивлений плеч по характеру активного и реактивного сопротивления, при которых возможно уравновешивание. Это и определяет правила построения МИЦ. Например, если в двух смежных плечах могут быть включены активные сопротивления, то в двух других плечах могут быть включены катушки индуктивности или конденсаторы. Если же активные сопротивления включены в противоположные плечи, то в одно из двух противоположных плеч может включаться катушка индуктивности, а в другое – конденсатор.
Если одно из сопротивлений плеч, например z1, неизвестно, то, уравновесив мост, можно найти значение этого сопротивления из общего условия равновесия моста:
Представляя комплексное сопротивление в виде параллельного или последовательного соединения активной и реактивной составляющих (параллельной или последовательной схемы замещения), можно определить соответствующие значения их сопротивлений.
В качестве источников питания в мостах переменного тока применяется сеть 220 В 50 Гц или генераторы звуковой и высокой частоты. Напряжение источника питания моста должно быть чисто синусоидальным.
Индикаторами нуля служат гальванометры, а также электронные вольтметры.
Погрешности мостового метода измерения определяются в первую очередь чувствительностью моста, под которой понимают различимое изменение показаний индикатора Da, отнесенное к вызвавшему его изменению параметра (в данном случае сопротивление одного из плеч Dz):
,
где DIИ – изменение тока через индикатор, пропорциональное Da; SI – чувствительность индикатора по току; SМИЦ – чувствительность МИЦ, которого максимальна для равноплечих МИЦ (когда z1 = z2 = z3 = z4).
Другой характеристикой моста является сходимость, т.е. способность моста приходить к состоянию равновесия путем большего или меньшего числа последовательных регулировок его элементов. Хотя это число в принципе может быть двум, на практике оно больше, так как изменение сопротивления любого элемента моста одновременно влияет и на баланс амплитуд, и на баланс фаз. Необходимы, таким образом, поочередные переходы от регулировки одного элемента к регулировке другого.
Кроме того, в суммарную погрешность измерения входят погрешности калибровки и градуировки сопротивлений в плечах моста. Дополнительные погрешности определяются паразитными связями элементов моста, источника питания и индикатора друг с другом и с окружающими предметами.
Для уменьшения влияния паразитных связей применяется тщательное экранирование, симметрирование плеч и рациональный выбор точек заземления. Суммарная погрешность измерения с помощью мостов переменного тока лежит в пределах ±(1-3)%.
Измерительные мосты классифицируются по целому ряду признаков. По типу источников питания мосты подразделяются на мосты постоянного и переменного тока. В зависимости от количества плеч различают четырехплечие и многоплечие мосты. В зависимости от структуры двухполюсников, образующих плечи МИЦ, выделяют мосты типов МЕ (для измерения емкости С), МИ (для измерения индуктивности L), МИЕ (для измерения С и L), МЕП (для измерения С и tgd), МИП (для измерения L и Q) и МИЕП (универсальные).
Поможем написать любую работу на аналогичную тему