Файл: Атамалян Э.Г. Методы и средства измерения электрических величин учеб. пособие.pdf

Изменяя величины сопротивлений одного или нескольких плеч мостовой схемы, доводят до нуля ток в цепи индикатора равновесия,

Из (2-47) следует, что уравновешивание мостовой схемы постоян­ ного тока может быть выполнено регулированием отношения сопро­ тивлений R3/R4 при некотором неизменном значении сопротивления R2 (мостовые схемы с переменным отношением плеч); сопротивления R., и неизменном отношении сопро­

сопротивления Р,- одного из плеч мостовой схемы либо к абсолют­ ному изменению сопротивления.

При рассмотрении вопроса о максимальной чувствительности ста­

или схемы к индикатору.

Одинарная мостовая схема применяется для измерения больших

(рис. 2-18). Данная схема имеет следующую рабочую цепь: источник питания, регулировочное сопротивление Р р, измеряемое сопротивле­ ние Rx, малое сопротивление R, образцовое сопротивление R0. Изме­ рительная часть цепи составлена резисторами с сопротивлениями Rlt R2, R3, R4 и внутренним сопротивлением индикатора равновесия Rn. Преобразовав треугольник сопротивлений R3, R4, R в эквивалентную звезду, можно получить схему одинарной мостовой схемы, для которой

40

условие равновесия записывается согласно соотношению (2-46). Сле­ довательно, измеряемое сопротивление определяется по формуле

шого сечения) вторым членом формулы (2-50) можно пренебречь. Двойную мостовую схему применяют для измерения малых сопро­

тивлений (10~6 -т- 10 Ом).

Для исключения влияния соединительных проводов сопротивление резисторов измерительной цепи R3, R2, R3, R4 выбирается больше 10 Ом, а образцовое сопротивление — примерно того же порядка, что и измеряемое. Для подключения образцового и измеряемого резисторов в рабо­ чую цепь служат токовые зажимы, в измери­ тельную же цепь — потенциальные зажимы.

Од и н а р н ы е ч е т ы р е х п л е ч и е

мо с т о в ы е с х е м ы . Поскольку сопротив­

где Zx, Z2, Z3, Z4 — комплексные сопротивления плеч моста перемен­ ного тока.

Записав выражение (2-51) в показательной форме, получим равен­

—равенство сумм их фазовых углов.

Для того чтобы напряжение на зажимах индикатора равновесия ИР

мостовой схемы переменного тока равнялось нулю, необходимо одно­ временное выполнение условий равновесия по модулю и фазе (послед­ нее условие показывает, каким по характеру должны быть сопроти­ вления плеч мостовой схемы, чтобы обеспечить равновесие).

Условия равновесия мостовой схемы можно записать в ином виде,

41

Уравновешивание мостовой схемы по двум величинам требует на­ личия в ее схеме не менее двух регулируемых элементов. Для удоб­ ства регулирования мостовые схемы строят таким образом, чтобы ре­ гулировочными элементами являлись резисторы. При сравнении емкости с индуктивностью регулируемые элементы располагают в про­ тивоположных плечах схемы, а емкости с емкостью или индуктивности с индуктивностью — в смежных. Правильный выбор регулируемых элементов мостовой схемы обеспечивает быстроту ее уравновешивания. Относительная быстрота уравновешивания мостовой схемы называется

на зажимах индикатора равновесия ИР, обладающего высоким со­ противлением (Zn лгоо), легко найти, преобразовав треугольник со­ противлений Zb Z3, Z4 в эквивалентную звезду. В полученной схеме смешанного соединения напряжение на зажимах 1 , 2

Недостатком одинарной Т-образной мостовой схемы является не­ обходимость использования высокочастотных переменных сопротив­ лений малой величины, создание которых сопряжено с рядом трудно­ стей. Поэтому на практике чаще используют двойную Т-образную мостовую схему, лишенную указанного недостатка.

Т р а н с ф о р м а т о р н ы е м о с т о в ы е с х е м ы . Мостовые схемы с индуктивно связанными плечами называют трансформатор­ ными (рис. 2-21). Их основными отличительными особенностями яв­ ляются широкий частотный диапазон (до сотен мегагерц); высокая стабильность и точность (погрешность может быть доведена до 0,1 —

42

0,5%); хорошая защищенность от влияния внешних электромагнит­ ных помех и внутренних паразитных связей; возможность измерения сопротивлений непосредственно в схеме без их отпайки; использова­ ние образцовых реактивных элементов невысокой добротности; боль­ шая гибкость, обеспечивающая различные измерительные режимы. Применение трансформаторных мостовых схем позволило расширить диапазон измеряемых параметров примерно в 1000 раз. Наибольшее распространение получили трансформаторные мосты для сравнения одинаковых по характеру измеряемых и образцовых сопротивлений.

Трансформаторная мостовая схема содержит трансформатор на­ пряжения Трн, первичную обмотку которого подключают к источнику питания, а вторичную обмотку, состоящую из двух секций с числом

в режиме, близком к режиму холостого хода при постоянном значении магнитного потока, а транс­

форматоры тока — в режиме, близком к режиму короткого замыкания. Магнитный поток в сердечнике трансформатора тока изменяется с из­ менением нагрузки. Первичные ампер-витки идеального трансформа­ тора тока равны его вторичным ампер-виткам.

При включении измеряемого сопротивления Zx образцовое сопро­ тивление Z0 (того же характера, что и Zx) можно регулировать до тех пор, пока ток через индикатор равновесия не будет равен нулю, что говорит о следующем: магнитный поток в сердечнике Тртотсутствует

При нулевом магнитном потоке в сердечнике 7рт для ампер-витков обеих секций его первичной обмотки справедливо следующее соотно­

43

что позволяет расширить диапазон измерения измеряемой величины. Существуют различные схемные решения изменения этих__со.отношений; образцовые сопротивления с постоянными и переменными вели­ чинами; секционированная обмотка w2 Трп, имеющая-■отводы и по­ зволяющая осуществлять ступенчатое переключение образцовых со­ противлений в различном сочетании; секционированная первичная обмотка трансформатора тока.

В трансформаторных мостах возможно раздельное, т. е. незави­ симое, уравновешивание активной и реактивной составляющих ком­ плексного сопротивления. Измерение осуществляется методом заме­ щения.

Погрешности измерительных мостов. Погрешности мостовых схем определяются погрешностью отдельных элементов схемы (их стабиль­ ностью, точностью, расположением); влиянием сопротивления соеди­ нительных проводов; изменением параметров источника питания, ин­ дикатора равновесия; погрешностью градуировки и исполнения шкал у образцовых конденсаторов переменной емкости, вариометров, со­ противлений резисторов и др. На точность измерения влияют квадра­ турные погрешности, т. е. неполный учет реактивных составляющих в активных сопротивлениях и активных составляющих в реактивных сопротивлениях. Чем выше частота, при которой выполняется изме­ рение, тем в большей степени проявляются эти погрешности. Для уменьшения погрешности мост переменного тока питают через раздели­ тельный трансформатор, при этом заземление моста производится так, чтобы влияние паразитных емкостей и утечек было минимально воз­ можным.

Погрешность моста задается по модулю сопротивления в процентах от измеряемой величины; углу в значениях абсолютной погрешности; двум составляющим, из которых одна b пропорциональна значению измеряемой величины, другая а имеет постоянное значение, характе­

§ 2-4. Компенсаторы

Принцип компенсации. Компенсационный метод измерения заклю­ чается в уравновешивании, осуществляемом включением на индика­ тор равновесия двух электрически не связанных между собой, но про­ тивоположно направленных напряжений или э. д. с., либо двух раз­ дельно регулируемых токов Компенсационный метод используют для непосредственного сравнения напряжений или э. д. с., тока и косвенно для измерения других электрических, а также неэлектриче-

44