Равновесные и неравновесные мостовые схемы

Под балансными (равновесными) мостовыми схемами понимают такие схемы, которые работают в равновесном режиме. При изменении величины сопротивления в одном из плеч регулировкой сопротивлений в других плечах моста добиваются отсутствия тока через гальванометр, а отсчет производят на регулируемом элементе.

Равновесные мосты выполняются как с ручным, так и с автоматическим уравновешиванием. Те и другие обладают рядом свойств, присущих только балансным мостам.

1. Равновесные мосты обладают малой погрешностью (до 0,01% и даже 0,001%).

Это объясняется тем, что индикатор работает в нулевом режиме, и его погрешность не входит в погрешность измерения. Остальные же элементы моста могут быть выполнены с достаточной точностью.

2. Равновесие балансных мостов не будет нарушено при колебаниях величины и частоты питающего напряжения. Влияние изменения частоты источника питания может быть лишь в том случае, если при этом изменяются составляющие сопротивлений измерительной цепи и фазовые соотношения в ней, т. е. при неоднородности плеч моста.

3. Применение равновесных мостов дает возможность увеличить чувствительность схемы за счет применения ламповых усилителей, которые в этих цепях практически не вносят погрешности, обусловленной непостоянством коэффициента усиления.

4. При использовании равновесных мостов при необходимости может быть получена достаточно линейная шкала, применением специальных устройств, например, изготовлением плеча уравновешивания в виде нелинейного потенциометра.

5. Равновесные мосты, благодаря наличию в них уравновешивающих устройств, являются сложными приборами.

3. Равновесные мосты имеют малое быстродействие за счет инерционности преобразователя и уравновешивающего устройства.

При некоторых технических измерениях не требуется той высокой точности, которую могут обеспечить только равновесные мосты. В то же время их сложность, необходимость в балансировке и относительно малое быстродействие измерений являются достаточно существенными недостатками последних.

Большинство современных измерений неэлектрических величин электрическими методами не требует допустимой погрешности, меньшей 0,5-1,0%, так как часто погрешности самих преобразователей довольно велики. Но зато требуются более простые устройства с достаточно быстрым отсчетом измеряемой величины непосредственно по шкале измерительного устройства.

Этим требованиям удовлетворяют неравновесные мосты. Принцип действия таких мостов заключается в том, что при выходе моста из состояния равновесия из-за изменения сопротивления в одном из плеч в указательной диагонали появляется ток, связанный функционально с приращением сопротивления изменившегося плеча и измеряемый соответствующим прибором.

Точность измерения с помощью неравновесных мостов в основном определяется точностью измерительного прибора, по которому непосредственно производится отсчет, и точностью преобразователя, так как плечи моста выполняются, как правило, с очень малой погрешностью. Кроме того, точность неравновесных мостов зависит от изменения внешних факторов (изменения температуры окружающей среды, изменения величины и частоты питающего напряжения и т. д.).

Однако, путем определенного включения преобразователей, применения логометрического измерителя, стабилизации напряжения и частоты источника питания и других мер, о чем будет сказано ниже, удается избавиться частично или полностью от этих погрешностей. Однако, выбирая меры для уменьшения дополнительных погрешностей, следует подходить к этому критически. Например, если в качестве измерителя используется прибор класса 1,5 (т.е. с основной приведенной погрешностью, равной ± 1,5%), то нет смысла стабилизировать напряжение источника питания с точностью до десятых долей процента и нет смысла добиваться стабильности коэффициентов усиления усилителей с точностью более чем 1-1,5%, а значит применять высокостабильные и дорогостоящие элементы схемы и т. д..

Кроме невысокой точности, недостатком неравновесных мостов является трудность получения линейной шкалы: ток указателя мостовой схемы нелинейно связан с изменением сопротивлений плеч моста и компенсировать эту нелинейность нелинейностью датчика не представляется возможным.