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
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 |
(7—1') |
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« |
|
|
|
|
- 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 |
(Г—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