Измерительные мосты

Измерительные мосты предназначены для измерения параметров элементов электрических цепей: сопротивлений, индуктивностей, ём­костей, т.е. пассивных электрических величин. Следовательно, необ­ходима их активизация, в результате которой пассивную величину пре­образуют в активную – напряжение и_х или ток I_x. При активизации к объекту измерения подводится энергия от дополнительного источника питания. Подобным же образом формируется и уравновешивающая активная величина. В зависимости отвида активной величины образуют контур или узел уравновешивания. В результате получают структурную схему, изображенную на рис. 2.12.

Рис. 2.12

Источники питания, выдающие активные величины А₁ и А₂ в виде тока или напряжения, могут быть заменены одним источником, питающим оба преобразователя К(П_х) и К(По). Тогда А₁ и А₂ будут равны А. При равновесии схемы имеет место равенство А_х=А_к, следова­тельно, если преобразования линейные, получим

(2.73)

где К(П_х)- коэффициент преобразования преобразователя, формирую­щего А _х ; К(П₀)- коэффициент преобразования преобразователя, форми­рующего А _к . Оба коэффициента преобразования являются функциями пассивных величин П_х и П_0.

С практической точки зрения наиболее удобным оказывается пи­тать преобразователи К(П_х) и К(П₀) от источника напряжения. Тогда получим две структурные формы: с контуром уравновешивания напря­жений и с узлом уравновешивания токов, изображенные соответствен­но на рис. 2.13 и 2.14.

рис. 2.13 2.14.

В первом случае преобразователи К(П_х) и К(П₀ ) преобразуют напряжение в напряжение. Это масштабные преобразователи, чаще всего делители напряжения, из которых, в свою очередь наиболее распрост­ранены преобразователи, изображенные на рис 2.15

а б в

Рис.2.15

Синтезируем измерительный мост на основе двух ИП, изображен­ных на рис. 2.15а. В результате получим широко распространенный четырехплечий мост, схема которого приведена на рис, 2.16, Усло­вие равновесия его определим, воспользовавшись уравнением (2.73). Сделав элементарные преобразования, получим

, (2.74)

где –комплексные сопротивления.
Пусть измеряется , тогда из уравнения

(2.75)

видим, что в состояние равновесия мост может быть приведен измене­нием любого из сопротивлений или двумя из них, или все­ми вместе.

Рис.16 Рис.17

Воспользовавшись показательной формой записи комплексных выражений , уравнение (2.74) можно записать в более удобном виде.

. (2.76)

Уравновешивание мостов переменного тока осуществляют не толь­ко по модулю, но и по фазе.

Если мост работает на постоянном токе, то уравнение (2.76) примет вид

(2.77)

где – сопротивления постоянному току,

Так же как и компенсаторы, мосты могут быть автоматизированы.

Соединяя в различных сочетаниях преобразователи, изображенные на рис. 2.15, можно получить другие виды мостовых схем, например, двойные мосты постоянного тока для измерения малых сопротивлений (рис. 2,17) и другие.

В измерительных мостах с узлом уравновешивания токов i_x-i_K=0 преобразователи К(П_Х) и К(П₀) преобразуют напряжения в токи. Наи­более распространены два вида таких преобразователей, схемы которых изображены на рис. 2.18.

Рис.2.18

Соединяя указанные преобразователи таким образом, чтобы полу­чить узел уравновешивания токов, получим наиболее распространенные структуры Т – и 2T – образных мостов, изображенных соответствен­но на рис. 2.19 и 2.20.

Рис.2.19 Рис.2.20

Основным достоинством мостов с уравновешиванием токов являет­ся наличие общей точки у индикатора равновесия, источника питания и некоторых плеч. Заземление общей точки позволяет повысить помехо­защищенность схем и применять их в широком диапазоне частот. Они применимы только для измерения комплексных сопротивлений.

Более подробные сведения о компенсаторах и мостах можно по­черпнуть в [10].