Чувствительность мостовой схемы.

Чувствительность моста определяется как отношение приращения тока в измерительной диагонали ΔI_ПР к вызвавшему его изменению сопротивления одного из плеч моста, например, R₁:

Учитывая, что в уравновешенном мосте I_ПР = 0, а после изменения R₁ на ΔR ток прибора станет равным ΔI_ПР, запишем выражения для определения тока в диагонали моста

Преобразуем числитель этого выражения, учитывая условие равновесия R₁R₄ =R₂R₃ :

Следовательно

и чувствительность уравновешенного моста по току

В некоторых случаях, например, в мостах с автоматическим уравновешиванием, входным сигналом мостовой схемы служит напряжение в измерительной диагонали БГ. Тогда следует определять чувствительность по напряжению:

.

Рассмотрим чувствительность неуравновешенного моста. Датчики с изменяющимися сопротивлениям можно включить в любое плечо моста (рис. 8.4).

Чаще всего используется простая (рис. а) схема равноплечего датчика с одинаковыми сопротивлениями плеч: R₀ = R₂ = R₃ = R₄ , R₁ = R₀ ± ΔR, где R₀ сопротивление датчика, соответствующее начальному значению измеряемой неэлектрической величины.

Воспользуемся уравнением для определения тока, протекающего через прибор, через ток питания:

Для малых приращений ΔR можно пренебречь в знаменателе слагаемымb ΔRR_ПР и 2 ΔRR₀

В этом случае чувствительность схемы

Приняв чувствительность схемы с одним датчиком за исходную S₀, определим чувствительность других схем.

На схеме (б) два одинаковых датчика с изменяющимся сопротивлением R₀+ΔR включены в противоположные плечи моста. В этом случае приращение тока в измерительном приборе

и чувствительность схемы S_CX=2S₀ , то есть она стала в 2 раза больше.

Такое же увеличение произойдет и в схеме (в), где второй датчик включен в соседнее плечо, но его сопротивление не увеличивается, а уменьшается на ΔR .

В схемах (а – в) чувствительность непостоянна и зависимость I_ПР=f(ΔR) нелинейна.

Если датчики включить так, как показано на рис. (г), то чувствительность снова повысится в 2 раза, однако в этом случае зависимость вида I_ПР=f(ΔR) близка к линейной в довольно широких пределах.

При включении датчиков, показанном на рис. (д, е) изменение сопротивления в датчиков обоих плечах не приводит к изменению тока в приборе, и такое подключение является ошибочным.

Если датчик подключить так, как показано на рис. (ж), то мы получим максимальную чувствительность - S_CX=4S₀ .

Наряду с мостами постоянного тока применяются мосты переменного тока, которые используются для измерения индуктивности и емкости. В плечи такого моста включаются сопротивления, имеющие активную и реактивную составляющую. Это, например, катушки индуктивности. В связи с этим уравновешивание такого моста производится регулированием двух параметров – активной и реактивной составляющей сопротивления показаний измеряемого датчика. Это достаточно сложно, и, как правило, производится методом последовательного приближения.

Автоматическое уравновешивание мостов постоянного и переменного тока производится по нижеприведенной схеме (рис. 8.5).

Напряжение разбаланса ΔU снимается с измерительной диагонали моста, усиливается в усилителе У и подается на исполнительный электродвигатель ЭД. Двигатель через редуктор Р перемещает рычажок переменного резистора R до тех пор, пока не будет обеспечено равновесие моста, то есть разбаланс ΔU не станет равным нулю. Одновременно двигатель может перемещать стрелку по шкале, которая проградуирована в единицах сопротивления датчика или в единицах измеряемой неэлектрической величины.

	Рис. 8.5. Схема автоматического уравновешивания моста

Для повышения чувствительности измерения применяются дифференциальные измерительные схемы (рис. 8.6). Эти схемы состоят из двух смежных контуров с источниками питания, а измерительный прибор включен в общую ветвь контуров и реагирует на разность контурных токов. В таких схемах могут быть использованы как параметрические датчики, т.е. датчики с изменяющимся сопротивлением, так и генераторные – с изменяющимся ЭДС.

В схеме в) датчиком является так называемый дифференциальный трансформатор. При изменении положения сердечника, вызванного изменением параметра контролируемой неэлектрической величины (например, линейного размера) изменяются ЭДС левого и правого контуров, что приводит к изменению показаний прибора.

Математическое выражение для определения чувствительности дифференциальной схемы весьма сложно, однако можно сказать, что по сравнению с мостовой схемой дифференциальная схема измерения обладает гораздо большей чувствительностью.