Одинарные мосты постоянного тока

Наибольшее распространение получил резистивный мост, называемый мостом Уитстона.

Резисторы R1 – R3 регулируются до тех пор пока, ток через НИ не станет равным нулю.

При этом RX можно определить по формуле RХ = (R2 /R1)R3

При измерениях постоянные резисторы R1 и R2 выбираются таким, чтобы чувствительность моста была максимальной. Уравновешивание моста осуществляется с помощью переменного резистора R3. Сопротивление Rо сначала включается в цепь для защиты нуль-индикатора, но для повышения чувствительности может быть закорочено с помощью переключателя S, когда равновесие достигнуто. Мост Уитстона используется для измерения сопротивлений резисторов с двумя зажимами в диапазоне 1 Ом – 100 Мом. Нижний предел измеряемых сопротивлений зависит от импеданса соединительных проводов и контактов. При измерении с мостом Уитстона обычно берут два отсчета при разных полярностях источника питания, а затем усредняют результат, исключая эффект термоЭДС. Класс точности одинарных резистивных мостов при измерении сопротивления до 100 кОм может достигать значения 0,05. При увеличении верхнего предела измерений до 1 Мом класс точности понижается до 0,5.

 

Рис. 4.3.

 

При измерении малых сопротивлений с помощью одинарных резистивных четырехплечих мостов на результат измерения существенное влияние оказывают сопротивления контактов и соединительных проводов, суммируемые с измеряемым сопротивлением. Погрешность, вносимая этими сопротивлениями, может быть очень большой. Для уменьшения этого влияния используется четырехзажимное включение (рис. 4.3). В этом случае сопротивление провода от RX к зажиму 2 входит в плечо с сопротивлением R3, а сопротивление провода от RX к зажиму 4 – в плечо с сопротивлением R2. Сопротивления R3 и R2 значительно больше сопротивлений проводов. Сопротивления проводов от зажимов RX к зажимам 1 и 3 входят в сопротивления диагоналей моста и на равновесие моста не влияют.

Двойной мост Томсона.

Для измерения сопротивлений ниже 1 Ом используется двойной мост Томсона, схема которого показана на рис. 4.4.

Сопротивления RX и RH имеют по четыре выходные клеммы, а RР подбирается таким, чтобы ток через RН давал падение напряжения на нем минимум 0,5 В. При равновесии сопротивление RX определяется выражением

 

 

Рис. 4.4.

 

При измерении мост уравновешивается, а затем проводник R убирается, что не должно влиять на равновесие моста. Сопротивление R стремятся сделать как можно меньшим (он изготавливается в виде короткого отрезка достаточно толстого медного провода или шины).

Сопротивления R1, R2, R3 и R4 должны быть меньше 10 Ом каждое, чтобы влияние сопротивлений соединительных проводов и контактов r1, r2, r3, r4 было малым. Кроме того, оно может быть скомпенсировано путем шунтирования R3 или R4 сопротивлением большего значения и уравновешиванием моста без сопротивления R.

На практике сопротивление R2 изменяется путем подключения добавочных сопротивлений, а R1 – путем замены отводов, R4 и R2 регулируются одной ручкой, а R1 и R3 - другой, так что их отношения поддерживаются постоянными. Чтобы исключить влияние термоЭДС, полярность источника питания меняется, как и в мосте Уитстона.

Двойной мост имеет погрешность менее 0,5% для сопротивлений в диапазоне 10 мкОм – 1 Ом. Он также может использоваться для измерений сопротивлений резисторов с двумя зажимами, так как R1,R2, R3, R4 образуют обычный мост Уитстона; погрешность при этом менее 0,02%.

 

Выпрямительные приборы

Представляют собой сочетание измерительного механизма магнитоэлектрической системы с выпрямителем на полупроводниковых диодах.

Схемы соединений диодов с измерительными механизмами можно разделить на две основные групы: однополупериодные и двухполупериодные.

Наиболее распространены приборы с двухполупериодными схемами выпрямления.

 

а - трансформаторная; б - мостовая; в, г - мостовая с заменой двух диодов резисторами.

 

При измерении переменного тока мгновенное значение вращающего момента М(t)=Bsωi, где i -мгновенное значение тока, протекающего через измерительный механизм.

Из-за инерционности подвижной части отклонение её определяется средним значением вращающего момента МСР.

 

 

Для схемы с двухполупериодным выпрямлением вращающий момент увеличивается вдвое.

Угол поворота подвижной части при одно- и двухполупериодном выпрямлении соответственно равен

 

 

В силу того, что магнитоэлектрическая измерительная система реагирует на постоянный (средневыпрямленный) ток, показания прибора будут пропорциональны средневыпрямленному значению переменного тока или напряжения. Данное обстоятельство является очень существенным, так как приборы проградуированы всредних квадратических значениях синусоидального тока. Это значит, что на шкале прибора представлено не то значение, на которое реагирует прибор (т.е. средневыпрямленное),а величина, умноженная на коэффициент формы синусоиды Кф= 1,11.

При измерении параметров переменного негармонического сигнала; практически всегда возникает методическая погрешность. Например, при градуировке измерительного прибора на синусоидальном токе точке шкалы 100 В соответствовало средневыпрямленное значение напряжения 90 В. Если на этот измерительный прибор подать напряжение, имеющее форму меандра с амплитудой 90В (напомним, что у такого сигнала: Ка = Кф = 1, т.е. Um = U = U ср.в = 90 В), его показания также будут около 100 В (1,11 U ср.в) и абсолютная погрешность измерения напряжения составит △= 100-90=10В.

 

Выпрямительные приборы применяются как комбинированные измерители постоянного и переменного тока и напряжения с пределами измерения тока от 1 мА до 600 А, напряжения от 0,1 до 600 В.

Достоинствами выпрямительных приборов являются высокая чуст-вительность, малое собственное потребление энергии и возможность измерения в широком диапазоне частот. Частотный диапазон выпрямительных приборов определяется применяемыми диодами. Так, использование точечных кремниевых диодов обеспечивает измерение переменных токов и напряжений на частотах 50... 105 Гц. Основными источниками погрешностей приборов являются изменения параметров диодов с течением времени, влияние окружающей температуры, а также отклонение формы кривой измеряемого тока или напряжения от той, при которой произведена градуировка прибора. Выпрямительные приборы выполняются в виде многопредельных и многоцелевых лабораторных измерительных приборов.К этому типу измерительных приборов относится так называемый тестер.

 

Наименьшие пределы измерения переменных токов и напряжений 0,25-0,3 мА и 0,25-0,3 В, малое собственное потребление мощности, широкий частотный диапазон (до 10-20 кГц).

 

Недостатки: невысокая точность (классы точности 1,0-2,5); зависимость показаний от формы кривой измеряемой величины.

Область применения: многопредельные ампервольтметры выпрямительные фазометры и самопишущие частотомеры.