Мосты постоянного тока
03 июня 2022 года, в рамках учебно-воспитательной работы, преподавателем кафедры «Высшая математика и естественные науки» Котряховой Е.А. со студентами первого курса группы ЗДМ – 1914 специальности
25. 05.04 «Эксплуатация железных дорог» проведен «Круглый стол» в рамках которого были рассмотрены следующие вопросы.
Схема моста Уитстона и его возможности;
Типы и модификации измерительных мостов.
С докладом выступил студент Каташов С. Он представил электрическую схему одинарного моста постоянного тока и рассказал о принципе действия двойного измерительного моста постоянного тока – более точного варианта моста Уитстона.
Электрическая схема одинарного моста постоянного тока
Двойной измерительный мост постоянного тока
Студенты приняли активное участие в обсуждении темы. Особенно активными при обсуждении темы оказались Яковлева К. и Потапова Т.
Аналоговые измерительные устройства
Наибольшее распространение получил резистивный мост, называемый мостом Уитстона (рис.4.2). Резисторы R 1 – R 3 регулируются до тех пор пока, ток через НИ не станет равным нулю. При этом RX можно определить по формуле R Х = ( R 2 / R 1 ) R 3 . (4.8)
Рис. 4.2.
При измерениях постоянные резисторы R 1 и R 2 выбираются таким, чтобы чувствительность моста была максимальной. Уравновешивание моста осуществляется с помощью переменного резистора R 3 . Сопротивление R о сначала включается в цепь для защиты нуль-индикатора, но для повышения чувствительности может быть закорочено с помощью переключателя S , когда равновесие достигнуто. Мост Уитстона используется для измерения сопротивлений резисторов с двумя зажимами в диапазоне 1 Ом – 100 Мом. Нижний предел измеряемых сопротивлений зависит от импеданса соединительных проводов и контактов. При измерении с мостом Уитстона обычно берут два отсчета при разных полярностях источника питания, а затем усредняют результат, исключая эффект термоЭДС. Класс точности одинарных резистивных мостов при измерении сопротивления до 100 кОм может достигать значения 0,05. При увеличении верхнего предела измерений до 1 Мом класс точности понижается до 0,5.
При измерении малых сопротивлений с помощью одинарных резистивных четырехплечих мостов на результат измерения существенное влияние оказывают сопротивления контактов и соединительных проводов, суммируемые с измеряемым сопротивлением. Погрешность, вносимая этими сопротивлениями, может быть очень большой. Для уменьшения этого влияния используется четырехзажимное включение (рис. 4.3). В этом случае сопротивление провода от RX к зажиму 2 входит в плечо с сопротивлением R 3 , а сопротивление провода от RX к зажиму 4 – в плечо с сопротивлением R 2 . Сопротивления R 3 и R 2 значительно больше сопротивлений проводов. Сопротивления прово-дов от зажимов RX к зажимам 1 и 3 входят в сопро-тивления диагоналей моста и на равновесие моста не влияют.
МОСТ ИЗМЕРИ́ТЕЛЬНЫЙ
Схема измерительного моста переменного тока: НИ – нуль-индикатор; E – источник питания; Z2, Z3 и Z4 – регулируемые комплексные сопротивления, значения которых известны; Zx – из.
МОСТ ИЗМЕРИ́ТЕЛЬНЫЙ, устройство для измерения параметров электрич. цепи (электрич. сопротивления, ёмкости, индуктивности, добротности и др.) методом сравнения измеряемой величины с образцовой мерой. Выполняется по схеме мостовой цепи , в выходную (измерительную) диагональ которой включён нуль-индикатор или измерит. прибор (напр., гальванометр). В зависимости от вида напряжения, питающего электрич. цепь, различают М. и. постоянного и переменного тока. Принципиальная схема М. и. переменного тока приведена на рис. Путём выбора и плавной регулировки сопротивлений $Z_2,\, Z_3,\, Z_4$ уравновешивают мост, установив $U_=0$ по показаниям нуль-индикатора, обладающего достаточно высокой чувствительностью; из условия равновесия моста $(Z_x=Z_2Z_3/Z_4)$ находят составляющие комплексного сопротивления $Z_x$ . Частным случаем рассмотренной мостовой схемы является одинарный (четырёхплечий) мост постоянного тока, в котором сопротивления всех плеч активные, напряжение питания постоянное, а в качестве нуль-индикатора используется, напр., магнитоэлектрич. гальванометр. Такие М. и. обычно применяются для измерения сопротивлений в диапазоне 10–10 6 Ом. Для измерения малых сопротивлений (от 10 –8 Ом) служат двойные (шестиплечие) мосты.
Как устроены и работают измерительные мосты постоянного тока
Одинарный мост постоянного тока состоит из трех образцовых резисторов (обычно регулируемых) R1, R2, R3 (рис. 1, а), которые включают последовательно с измеряемым сопротивлением Rx в мостовую схему.
К одной из диагоналей этой схемы подают питание от источника ЭДС GB, а в другую диагональ через выключатель SA1 и ограничивающее сопротивление Ro включают высокочувствительный гальванометр РА.
Рис. 1. Схемы одинарных измерительных мостов постоянного тока: а — общая; б — с плавным изменением отношения плеч и скачкообразным изменением плеча сравнения.
Схема работает следующим образом. При подаче питания через резисторы Rx, Rl, R2, R3 проходят токи I1 и I2 . Эти токи вызовут в резисторах падение напряжений U ab , U bc , U ad и Udc .
Если эти падения напряжения будут разными, то и потенциалы точек φa , φb и φc будут неодинаковы. Поэтому, если выключателем SA1 включить гальванометр, то через него будет проходить ток, равный I г= ( φb — φd) / Ro .
Задача измеряющего заключается в том, чтобы уравновесить мост, то есть сделать потенциалы точек φb и φd одинаковыми, другими словами, уменьшить ток гальванометра до нуля.
Для этого начинают изменять сопротивления резисторов Rl, R2 и R3 до тех пор, пока ток гальванометра не станет равным нулю.
При I г=0 можно утверждать, что φb = φd . Это возможно лишь тогда, когда падение напряжения U ab — U ad и U bc = U dc .
Подставив в эти выражения значения падений напряжений U ad = I2R3 , U bc = I1R1 , Udc = I2R2 и Uab =I1R х, получим два равенства: I1R х = I2R3 , I1R1 = I2R2
Разделив первое равенство на второе, получим R х / R1 = R3 / R2 или R х R2 = R1 R3
Последнее равенство есть условие балансировки одинарного моста постоянного тока .
Из него следует, что мост сбалансируется тогда, когда произведения сопротивлений противолежащих плеч будут одинаковыми. Отсюда измеряемое сопротивление определится по формуле R х = R 1 R 3 / R 2
В реальных одинарных мостах изменяют либо сопротивление резистора R1 (его называют плечом сравнения), либо отношение сопротивлений R 3 /R2.
Есть измерительные мосты, у которых меняется только сопротивление плеча сравнения, а отношение R3/R2 остается постоянным. И наоборот, изменяется только отношение R3/R2, а сопротивление плеча сравнения остается постоянным.
Наибольшее распространение получили измерительные мосты, у которых плавно изменяется сопротивление R1 и скачками, обычно кратными 10, изменяется отношение R3/R2 (рис. 1,б), например в распространенных измерительных мостах Р333.
Рис. 2. Измерительный мост постоянного тока Р333
Каждый измерительный мост характеризуется пределом измерений сопротивлений от Rmin до Rmax. Важным параметром моста является его чувствительность S м = S г S сх, где Sг= d a/ dI г — чувствительность гальванометра, Scx= dI г/ dR — чувствительность схемы .
Подставляя Sг и Scx в Sм, получим Sм = d a / dR .
Иногда пользуются понятием относительной чувствительности измерительного моста:
где dR / R — относительнее изменение сопротивления в измеряемом плече, d a — угол отклонения стрелки гальванометра.
В зависимости от конструктивного оформления различают магазинные и линейные (реохордные) измерительные мосты .
В магазинном измерительном мосте сопротивления плеч выполнены в виде штепсельных или рычажных многозначных мер электрических сопротивлений (магазинов сопротивлений), в реохордных мостах плечо сравнений делают в виде магазина сопротивлений, а плечи отклонения — в виде резистора, разделяемого ползунком на две регулируемые части.
По допустимой погрешности одинарные измерительные мосты постоянного тока имеют класс точности : 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 1,0; 5,0. Числовое значение класса точности соответствует наибольшему допустимому значению относительной погрешности.
Погрешность одинарного моста постоянного тока зависит от степени соизмеримости сопротивлений соединительных проводов и контактов с измеряемым сопротивлением. Чем меньше измеряемое сопротивление, тем больше погрешность. Поэтому для измерения малых сопротивлений применяют двойные мосты постоянного тока.
Устройство двойных мостов постоянного тока
Плечами двойного (шестиплечего) измерительного моста служат измеряемое сопротивление Rx (выполняют четырехзажимным для уменьшения влияния переходных контактных сопротивлений и включают в сеть через специальное четырехзажимное приспособление), образцовый резистор Ro и две пары вспомогательных резисторов Rl, R2, R3, R4.
Рис. 3 Схема двойного измерительного моста постоянного тока
Равновесие моста определяется формулой:
R х = Ro х (R1/R2) — (r R3 / (r +R3 +R4)) х (R1/R2 — R4/R3)
Отсюда видно, что если два отношения плеч R1/R2 и R4/R3 равны между собой, то вычитаемое равно нулю.
Несмотря на то, что сопротивления R1 и R4, перемещая движок D, устанавливают одинаковыми, из-за разброса параметров сопротивлений R2 и R4 этого добиться очень сложно.
Для уменьшения ошибки измерений надо сопротивление перемычки, соединяющей образцовый резистор Ro и измеряемое сопротивление Rx, брать как можно меньшим. Обычно к прибору придается специальный калиброванный резистор r . Тогда вычитаемое выражения практически становится равным нулю.
Значение измеряемого сопротивления можно определить по формуле: R х = Ro R1 / R2
Двойные измерительные мосты постоянного тока рассчитаны на работу только с переменным отношением плеч. Чувствительность двойного моста зависит от чувствительности нулевого указателя, параметров мостовой схемы и значения рабочего тока. С увеличением рабочего тока чувствительность увеличивается.
Наибольшее распространение получили комбинированные измерительные мосты постоянного тока , рассчитанные на работу по схемам одинарного и двойного моста.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети: