Як влаштовані і працюють вимірювальні мости постійного струму

Пристрій одинарних вимірювальних мостів постійного тока

Одинарний міст незмінного струму складається з 3-х зразкових резисторів (зазвичай регулюються) R1, R2, R3 (рис. 1, а), які включають по черзі з вимірюваним опором Rx в бруківку схему.

До однієї з діагоналей цієї схеми подають живлення від джерела ЕРС GB, а в іншу діагональ через вимикач SA1 і обмежує опір Ro включають високочутливий гальванометр РА.

Мал. 1. Схеми одинарних вимірювальних мостів постійного тока: а - загальна-б - з плавним зміною ставлення плечей і стрибкоподібним зміною плеча зіставлення.

Схема працює наступним чином. При подачі живлення через резистори Rx, Rl, R2, R3 проходять струми I1 і I2. Ці струми викличуть в резисторах падіння напруг Uab, Ubc, Uad і Udc.

Якщо ці падіння напруги будуть різними, то і потенціали точок φa, φb і φc будуть неоднакові. Тому, якщо вимикачем SA1 включити гальванометр, то через нього буде проходити струм, рівний Іг = (φb - φd) / Ro.

Завдання вимірює полягає в тому, щоб врівноважити міст, іншими словами зробити потенціали точок φb і φd схожими, іншими словами, зменшити струм гальванометра до нуля.

Для цього починають змінювати опору резисторів Rl, R2 і R3 до того часу, поки струм гальванометра не стане рівним нулю.

При Іг = 0 можна стверджувати, що φb = φd. Це може бути тільки тоді, коли падіння напруги Uab - Uad і Ubc = Udc.

Підставивши в ці вирази значення падінь напруг Uad = I2R3, Ubc = I1R1, Udc = I2R2 і Uab = I1Rх, отримаємо два рівності: I1Rх = I2R3, I1R1 = I2R2

Розділивши 1-е рівність на 2-е, отримаємо Rх / R1 = R3 / R2 або Rх R2 = R1 R3

Остання рівність є умова балансування одинарного моста постійного струму.

З нього випливає, що міст збалансується тоді, коли твори опорів протилежних плечей будуть схожими. Звідси вимірюваний опір визначиться за формулою Rх = R1R3 / R2

У реальних одинарних мостах змінюють або опір резистора R1 (його називають плечем зіставлення), або відношення опорів R3 / R2.

Є вимірювальні мости, у яких змінюється тільки опір плеча зіставлення, а відношення R3 / R2 залишається незмінним. І навпаки, змінюється тільки ставлення R3 / R2, а опір плеча зіставлення залишається незмінним.

Найбільшого поширення набули вимірювальні мости, у яких плавно змінюється опір R1 і стрибками, зазвичай кратними 10, змінюється ставлення R3 / R2 (рис. 1, б), наприклад в поширених вимірювальних мостах Р333.

Мал. 2. Вимірювальний міст незмінного струму Р333

Кожен вимірювальний міст характеризується межею вимірювань опорів від Rmin до Rmax. Принциповим параметром моста є його чутливість S м = SгSсх, де Sг = da / dIг - чутливість гальванометра, Scx = dIг / dR - чутливість схеми.

Підставляючи Sг і Scx в S м, отримаємо S м = da / dR.

Час від часу користуються поняттям відносної чутливості вимірювального моста:

S м = da / (dR / R).

де dR / R - відносна зміна опору в вимірюваному плечі, da - кут відхилення стрілки гальванометра.

Залежно від конструктивного оформлення розрізняють магазинні та лінійні (реохордние) вимірювальні мости.

В магазинному вимірювальному мосту опору плечей виконані у вигляді штепсельних або важільних неоднозначних заходів електронних опорів (магазинів опорів), в реохордних мостах плече порівнянь роблять у вигляді магазину опорів, а плечі відмінності - у вигляді резистора, яке поділяється повзунком на дві регульовані частини.

За допустимої похибки одинарні вимірювальні мости незмінного струму мають клас точності: 0,02- 0,05- 0,1- 0,2- 1,0- 5,0. Числове значення класу точності відповідає більшому допустимого значення відносної похибки.

Похибка одинарного моста постійного струму залежить від ступеня сумірності опорів з`єднувальних проводів і контактів з вимірюваним опором. Чим менше вимірюваний опір, тим більше похибка. Тому для вимірювання малих опорів використовують подвійні мости незмінного струму.

Пристрій подвійних мостів постійного тока

Плечима подвійного (шестіплечего) вимірювального моста служать вимірюваний опір Rx (роблять четирехзажімним для зменшення впливу перехідних контактних опорів і включають в мережу через особливе четирехзажімное пристосування), зразковий резистор Ro і дві пари допоміжних резисторів Rl, R2, R3, R4.

Мал. 3 Схема подвійного вимірювального моста постійного струму

Рівновага моста визначається формулою:

Rх = Ro х (R1 / R2) - (r R3 / (r + R3 + R4)) х (R1 / R2 - R4 / R3)

Звідси видно, що якщо дві справи плечей R1 / R2 і R4 / R3 рівні між собою, то від`ємник дорівнює нулю.

Незважаючи на те, що опору R1 і R4, переміщаючи движок D, встановлюють схожими, через розкиду характеристик опорів R2 і R4 цього досягти дуже важко.

Для зменшення помилки вимірювань потрібно опір перемички, що з`єднує приблизний резистор Ro і вимірюваний опір Rx, брати якомога меншим. Зазвичай до приладу надається особливий калібрований резистор r. Тоді від`ємник вираження фактично стає рівним нулю.

Значення вимірюваного опору можна знайти за формулою: Rх = Ro R1 / R2

Подвійні вимірювальні мости незмінного струму розраховані на роботу тільки зі змінним відношенням плечей. Чутливість подвійного моста знаходиться в залежності від чутливості нульового покажчика, характеристик мостової схеми і значення робочого струму. З підвищенням робочого струму чутливість зростає.

Найбільшого поширення набули комбіновані вимірювальні мости постійного струму, розраховані на роботу за схемами одинарного і подвійного моста.