Файл: Быков М.А. Электрические измерения электрических величин [учеб. пособие].pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 11.04.2024

Просмотров: 164

Скачиваний: 2

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Как видно из схемы, токовый зажим 1 измеряемого сопро­ тивления включен в цепь питания моста, а потенциальный за­ жим 2' — в цепь гальванометра. Поэтому переходные сопро­ тивления этих зажимов и сопротивления подсоединенных к ни \і проводников никакого влияния на результат измерения ока­ зать не могут. Потенциальный зажим 2 находится в цепи пле­

ча R2, а токовый зажим Г — в цепи плеча /?3; их влияния на результат измерения оказы­ ваются равными отношению со­ противлений этих зажимов и их соединительных проводников к сопротивлению соответствую­ щих плеч моста — ^ 2 или Яг. Для уменьшения этих влияний необходимо, чтобы каждое из плеч R2 и Rz было при измере­ нии более 10 ом.

Недостатком таких мостов, ограничивающим их .примене­

ние, является обязательно* для них очень большое неравэнет-

во плеч: поскольку R.,;

R, и R:C

Rx,

то R4

должно быть еще

много более R2

и R3.

Например,

при

Rx =

0,001 ом, a R2 =

= Я з = І 0 ом, R4=

\ • 105 ом.

 

 

 

Условия чувствительности в таком мосте крайне неблаго­ приятны, что требует применения высокочувствительного галь­

ванометра даже для проведения измерений сравнительно

не­

высокой точности.

 

 

 

Так, например, в мосте Р316, предназначенном для

измере­

ния сопротивлений в диапазоне

от 10"6 до 106 ом, сопротив­

ления менее 20 ом включаются

по схеме, изображенной

на

рис. ѴІ-3. Нулевым индикатором в этом мосте служит

весьма

чувствительный прибор, сочетающий в себе стрелочный

галь­

ванометр с усилителем на термоэлементах, называемый

термо-

адиационным гальванометром.

 

 

 

Двойной мост

Двойные мосты, называемые иначе шестиішіечимн, предназ­ начены специально и исключительно для измерения малых четырехзажимных сопротивлений (менее 10 ом). Принципиаль­ ная схема двойного моста изображена на рис. ѴІ-4.

Измеряемое четырехзажимное сопротивление Rx вклю­ чается в контур источника питания моста последовательно с

201


образцовым

четырехзажимным сопротивлением

RH,

регулиро­

вочным реостатом R п амперметрам

А.

 

 

 

В измерительную часть схемы входят сопротивления Ri,

R2,

R3, Ri, Rx,

R„ и гальванометр. Таким образом, измеряемое и

образцовое

сопротивления входят

одновременно

и в измери­

тельную цепь и в цепь источника

питания, называемую рабо­

чей цепью моста, причем токовыми

зажимами

(71')

они

включаются

в рабочую цепь, а

потенчиальньгми

(2—-2') —-а

измерительную.

 

 

 

 

 

 

 

Рис. ѴІ-4

 

 

 

 

Между

собой эти сопротивления

соединяются

с

помощью

толстой медной шины, обозначенной на схеме R0,

с

возможно

меньшим

сопротивлением.

 

 

 

 

Плечи

моста образованы шестью сопротивлениями Ru

R2.,

R3, Ri, Rx,

R., откуда

и повелось

название «шесгиплечий

мост».

 

 

 

 

 

 

Сопротивления R$ и

R4 представляют собой

обычно

два

одинаковых штепсельных магазина достаточно высокого клас­ са точности, состоящих каждый всего из трех или четырех со­ противлений (например, 10—50—100 ом).

Сопротивления jRi и R2—тоже одинаковые магазины сопро­ тивлений высокого класса точности декадного типа, включаю­ щие каждый по четыре или пять декад (например, декады со­ тен, десятков, единиц и десятых долей ома).

Гальванометр в двойном мосте, как правило, магнитоэлек­

трический,

стрелочный, с чувствительностью

по току 10х"6

10+8 dejija

или зеркальный, с более высокой

чувствительно­

стью.

В мостах низких классов точности применяют и совсем дру­ гие конструкции: измерительные плечи Rlt R2, Rz, Ru выполня-


ют в виде двух спаренных регулируемых

реохордов, а образ­

цовое сопротивление

R„—в виде группы из нескольких пере­

ключаемых

четырехзажимных

сопротивлений

со

значениями

1 - І 0 Л ом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Двойные

мосты

применяются,

как

правило,

только

как

уравновешенные. Процесс

уравновешивания

заключается

в

подборе сопротивлений плеч моста до наступления

равновесия,

когда гальванометр покажет отсутствие тока.

 

 

 

Воспользуемся законами Кирхгофа и составим для уравно­

вешенного моста систему

уравнений

 

 

 

 

 

 

/ з - Д н +

 

= / і - Я 8

;

 

 

 

 

 

Rj

-R,

( / 3 - Д ) .

 

 

 

Решив эти уравнения относительно /?_,., получим:

/ ? _ - / ? „ . A . f _ ^ o

( А - А Ѵ (ѵі-9)

Полученная формула весьма громоздка и неудобна для пользования. Если бы удалось второе слагаемое правой части уравнения сделать равным нулю или ничтожно малым, урав­ нение (ѴІ-9) приняло бы простой и удобный вид:

 

 

/?х =

я н . А .

 

(ѵі-10)

 

 

 

Аз

 

 

Для

уменьшения второго

слагаемого

в двойных

мостах

принимают специальные меры:

 

 

1. Сопротивления плеч делают попарно равными друг дру­

гу—Ri

с R2

и Rz с R4. С этой целью ручки

магазинов

RY и R2

механически

соединяют между собой — каждую декаду мага­

зина R\

с соответствующей ей по величине декадой магазина

Л^-. так что, набирая на одном магазине какое-либо сопротив­ ление, автоматически получают такое же на другом магазине. В штепсельных магазинах /?3 и R4 от руки включают всегда оди наков ые сопротивл ени я.

2. Сопротивление соединительного проводника RQ делают возможно меньшей величины (выполняют его в виде толстой

медной

шины).

 

 

 

 

 

 

Все эти меры дают возможность значительно

уменьшить

влияние

второго слагаемого на результат измерения

и поль­

зоваться при расчетах формулой

(VI-10).

 

 

 

 

Однако идеальное соблюдение

попарного

равенства плеч

Ri=R2

и R3=RA

практически неосуществимо

и в

измерениях

высокой

степени

точности пренебрегать

вторым

слагаемым

нельзя; в этом случае к формуле

(ѴІ-10)

необходимо

вводить

поправку.

 

 

 

 

 

 

203


П р и м е ч а н и е .

Зависимость величины

поправки

от нарушения

попар­

ных равенств

плеч

моста

наглядно

выявляется,

если

уравнение (V!—9)

представить в несколько другом виде, проделав

для

этого

ряд

преобразо­

ваний и приняв при

этом, что

Ra

<; R-i и R.,

RH,

а также

что

 

 

 

Я . - Яз

. ,

 

Л я - Я 4

 

J

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.— ^

[ и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rl

 

 

 

 

Ъ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Преобразуем уравнение

(ѴІ-9)

с учетом

сделанных

допущений.

 

 

 

"

D

ß i

 

 

# 4 # о

(Rx

 

 

* a \

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ri + Rvi-Ro

KR*

 

 

R,

 

 

 

 

 

 

 

Rn яЛ

 

 

 

 

 

 

- R* R3)

 

 

 

 

 

 

R„(R^R<)

Ri

 

 

 

 

 

 

Ri

і +

 

 

Ro

 

 

 

R2

 

 

R»-R*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rx

 

 

 

 

Rs

 

 

 

 

 

 

RH-

Iii

^

/?;)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

'

Rx

/?2

 

 

R,~Ri

 

 

 

 

 

 

 

R'X +

R'H

 

 

 

 

 

 

 

R\

 

 

 

 

где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rr

 

В?

 

 

 

 

Ri

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R'II^RH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ri

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Члены

уравнения

Ri

 

 

-R*

-это

относительные расхождения

 

 

 

 

Rx

 

 

R*

 

 

 

 

 

Л5! с. R3

 

 

 

действительных

значений попарных

сопротивлений

 

и /?3

с

опре­

деляемые

из свидетельства

о поверке данного моста.

 

 

 

 

 

Значение R„ может

быть определено

с помощью этого

же самого

моста

в результате проведения второго измерения при разомкнутой цепи сопро­

тивления

Если

разомкнуть цепь у зажима 21 измеряемого сопротивле­

ния /?,-, образуется

новый мост, условием равновесия которого является

соотношение

 

 

Приняв

для

Rv

его приблизительное значение из основного измерения

R.x ~ R« • "77,

пол ѵчим

Таким образом, относительные расхождения парных сопротивлений мо­

гут вызвать особенно большие дополнительные погрешности

при измерении

особо малых сопротивлений (Rx<0,002

ом),

когда

трудно или невозможно

избежать того, что Ra~*>Ra-±Rx<

а

также,

когда

делаются

необходимыми

'

' '

 

.

Ri-Ri

R*-R*

определения значения R0

и учет

значении

и

указанным

выше способом.

 

 

 

 

 

^

При рассмотрении свойств одинарного моста было отмече­ но, что при измерении двухзажимных сопротивлений возника­ ет погрешность за счет сопротивлений подсоединительных про­ водников и контактов.

В двойном мосте происходит сравнение четырехзажимного сопротивления R( с четырехзажимным сопротивлением RH.


Здесь влияние проводников и контактов значительно

меньше

ввиду следующего.

 

 

 

Как видно из рис. ѴІ-4, токовые контакты 1--1 как для

Rx,

так и для

/?„

вместе с проводниками, подходящими

к этим

контактам,

находятся

вне мостовой схемы, так как не

входят

ни в одно из плеч моста.

 

 

Контакты

1')

находятся в составе сопротивления

R0n

оказывают малое влияние на результат измерения. Контакты

(2—2) и

(2'—2')

находятся фактически в цепях

сопротивле­

ний Ri—R3

и R2—Ri

и, следовательно, искажают

их величину.

Однако по этой причине указанные сопротивления не делают менее 10 ом (каждое), так что сопротивления контактов и про­ водников относительно очень малы по сравнению с сопротив­ лениями плеч.

Расчет чувствительности двойных мостов не имеет принци­ пиальных отличий от расчета одинарных. Но результат расче­ та показывает, что выходная мощность на диагонали с гальва­ нометром в двойном мосте значительно ниже, чем в одинар­ ном. Ввиду этого при измерениях очень малых сопротивлений применяют высокочувствительные гальванометры и стремятся максимально увеличить ток в рабочей цепи моста (ограничи­ телем здесь является допустимая мощность рассеяния на со­ противлениях Rx и /?„).

Протекание большого тока в рабочей цепи моста, доходя­ щего до десятков и даже сотен ампер, может явиться источни­ ком еще одного вида погрешностей. Под действием этого тока сопротивления Rx и Rtl и их контакты прогреваются и в них могут возникнуть термо-э. д. с, соизмеримые по величине с па­ дениями напряжений на самих сопротивлениях. Это окажет влияние на условие равновесия и исказит результат изме­ рений.

Для устранения этой погрешности рекомендуется каждое измерение проводить дважды, при двух направлениях тока з рабочей цепи, для чего в схему вводится переключатель на­ правления тока (не показанный на схеме). Средний арифме­ тический результат из двух полученных будет свободен от ис­ кажающих влияний термо-э. д. с.

Точность измерения на двойном мосте зависит от тех же причин, какие были рассмотрены применительно к одинарно­ му мосту, т. е. от класса точности моста, чувствительности гальванометра и от оптимального выбора сопротивлений плеч моста Ru R2 и R3, R4.

Для согласования собственного сопротивления гальвано­ метра с выходным сопротивлением схемы рекомендуется в двойном мосте применять гальванометры с небольшим сопро­ тивлением (порядка 20—40 ом), поскольку выходное сопро­ тивление моста может доходить в предельных случаях до 10—20 ом.

205