Меню

Что такое уравновешенный мост постоянного тока



Электрический уравновешенный мост.

Электрическим мостом принято называть 4 сопротивления, активных или реактивных, соединенных друг за другом по кольцу. Каждое из сопротивлений называется плечом моста. Плечи, имеющие общую точку, — смежные плечи моста, а плечи, не имеющие общих точек, — противоположные. dc – питающая диагональ моста, к ней подключается источник питания. bd – измерительная диагональ моста, в нее включается измерительный прибор. В уравновешенных мостах этим прибором служит 0-индикатор, например, магнитоэлектрическая система.

Мосты широко применяются для измерения сопротивлений R различных чувствительных элементов, например, фоторезисторов, тензорезисторов, терморезисторов.

Измерение с помощью уравновешенного моста осуществляется следующим образом: наблюдают за положением стрелки 0-индикатора и перемещают движок переменного резистора R до тех пор, пока стрелка не установится на нулевой отметке. Такое состояние моста – равновесие. В этом случае потенциалы точек b и d одинаковы, а через измерительную диагональ ток равен 0.

Значение R определяют по положению движка переменного резистора на шкале Шк.

Наибольшее применение имеют уравновешенные мосты постоянного тока с активными резисторами.

Состояние равновесия моста может быть описано системой уравнений (1), (2) и (3) , которую в соответствии с законом Ома можно преобразовать к виду:

Уравнение (7) является условием равновесия моста.

В положении равновесия произведение сопротивлений противоположных плеч моста равны.

Следовательно, из уравнения (7) получаем уравнение (8), из которого можно видеть, что о значении искомого R можно судить по значению переменного сопротивления R . Оно справедливо в том случае, если сопротивление проводов постоянно.

Из уравнения (7) также следует, что изменение напряжения питания моста не влияет на результат измерения.

Трехпроводная схема подключения измеряемого резистора (сопротивления) к уравновешенному мосту.

Очень часто измеряемый резистор подключается к мосту с помощью длинных проводов, поэтому могут возникать погрешности, связанные с изменением сопротивления проводов от температуры. Поэтому в уравнении (8) такое явление будет отождествляться с изменением сопротивления R .

Для исключения влияния проводов на результат измерения и применяют трехпроводную схему подключения к мосту. Если в предыдущей схеме к резистору подходят 2 провода, то в данной схеме – 3. А именно: 1 полюс источника питания также подключается к резистору R в точке С`. Используя условие равновесия моста для данной схемы, можно записать уравнение (*).

Решая последнее уравнение относительно R , и предварительно изготавливая R и R равными друг другу, можно видеть, что при всех изменениях сопротивления проводов, они не влияют на результат измерений.

Автоматические уравновешенные мосты.

Автоматический уравновешенный мост функционирует так же, как и мост с ручным уравновешением. Отличие: в качестве 0-индикатора здесь используется электронный усилитель. Причем питание уравновешенных мостов с активными сопротивлениями осуществляется от источников с переменным током. Когда из-за изменения сопротивления R возникает разбалансирование электрического моста, этот разбаланс воспринимается ЭУ, усиливается, и управляет работой реверсивный двигатель РД. Ротор двигателя механически соединен с движком резистора R (конструкция этого резистора аналогична конструкции реохорда потенциометра). Перемещение ротора двигателя будет происходить до тех пор. Пока разность потенциалов между точками b и c не станет равной 0. по положению стрелки, которая соединена с ротором, на шкале судят о значении сопротивления R .

Такие приборы выпускаются показывающими, самопишущими, одно- и многоточечными. Класс точности Λ =0,25-1,5.

Неуравновешенные электрические мосты.

Неуравновешенный мост работает специальным образом: при некотором начальном значении R с помощью переменного резистора R устанавливают равновесие моста, при всех других значениях R , например, при увеличении R , между точками b и d возникает разность потенциалов, а через прибор, включенный в диагональ bd, протекает ток. Причем, чем больше изменение R , тем больше этот ток. Т.е. для получения измерительной информации используется разбалансированность.

Ток и разбаланс, как видно из формулы, зависят от R и U , причем величина М в знаменателе выражения также зависит от R . Однако, эта величина R входит в виде суммы с другими сопротивлениями, поэтому изменение R мало влияет на величину М. Установлено, что при изменении R на 10-15% практически не изменяется линейка зависимости между током и значением R .

Источник

Автоматический уравновешенный мост

Уравновешенный мост предназначен для непрерывного измерения, записи и регулирования температуры. Он работает в комплекте с термометрами сопротивлений стандартных градуировок, т.е. имеет соответствие заданного предела измерения – градуировки термометра сопротивлений. Это означает, что каждому прибору соответствует определенная группа термометров сопротивлений единой градуировки. Сущность действия термометров сопротивления основана на зависимости его электрического сопротивления от температуры.

Принципиальная измерительная схема рассматриваемого прибора –мостовая. Измерения неэлектрических величин электрическими методами очень широко распространены в электротехнике и автоматике. Мостовой измерительной схемой пользуются более 100 лет, а возможность измерения и физическая сущность работы ее впервые рассмотрены в работах французского исследователя Шарля Кристи (1831 г.) и примерно в эти же годы английским исследователем Уинстоном.

Читайте также:  Как сделать петов в тока бока ворлд

Многообразие мостовых схем базируется на классической мостовой схеме, которая представляет собой кольцо сопротивлений (рис. 3.1). Сопротивления соединены так, что образуют вершины моста a, b, c и d, диагональ питания ас и диагональ измерения bd.

Рис. 3.1. Схема равновесного моста:

R1, R2, R3, R4 – резисторы; ac – диагональ питания;

bd – диагональ измерения

Измерение основано на соблюдении определенного соотношения между сопротивлениями (плечами) моста, называемого условием равновесия.

Под условием равновесия подразумевается такое соотношение сопротивлений моста, при которой на вершинах измерительной диагонали разность потенциалов Ubd = 0 и в цепи измерения отсутствует выходной сигнал. Состоянию Ubd = 0 соответствует равенство падений напряжений соответственно в прилежащих плечах, т.е.

Подставляя в равенство падений напряжений (3.1) их значения, выраженные через токи и сопротивления (3.2), и поделив почленно, получаем:

или, сократив значения токов I1 и I2, имеем равенство:

которое называется классическим условием равновесия мостовой схемы, читаемое так: «Если произведения сопротивлений противолежащих плеч мостовой схемы равны между собой, то на вершинах измерительной диагонали отсутствует разность потенциалов». Этот метод называется нулевым методом измерения сопротивлений.

Принципиальная схема равновесного моста приведена на рис. 3.2.

Рис. 3.2. Измерительный мост:

Rр – реохорд; НИ – нуль-индикатор

Медный или платиновый термометр сопротивления Rt, электрическое сопротивление которого должно быть измерено, включается в одно из плеч моста при помощи соединительных проводов, имеющих сопротивления R. Другие плечи моста состоят из постоянных манганиновых сопротивлений Rмг и переменного калиброванного сопротивления реохорда Rр, выполненного также из манангина. К одной диагонали моста подведено питание постоянного или переменного тока, в другую включен нуль-индикатор. При равновесии моста удовлетворяется равенство:

откуда с учетом сопротивлений реохорда запишем:

В этом случае разность потенциалов между точками bd равна нулю, ток не протекает через нуль-гальванометр и его стрелка установится на нулевой отметке. При изменении температуры электрическое сопротивление термометра сопротивления изменится и мост разбалансируется. Чтобы восстановить равновесие, необходимо при постоянных сопротивлениях R1, R2 и R4 изменить величину сопротивления реохорда, переместив его подвижный контакт.

Таким образом, если откалибровать сопротивление реохорда, то по положению его движка при равновесии моста можно судить о величине сопротивления R1, следовательно, об измеряемой температуре.

Рассмотрим принципиальную схему автоматического электронного самопишущего равновесного моста переменного тока (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Принципиальная схема электронного равновесного моста

При изменении температуры среды, в которой находится термометр сопротивления, изменится температура термометра и, следовательно, его электрическое сопротивление. Измерительный мост, состоящий из постоянных и переменных сопротивлений (R1, R2 и R4) и питающийся напряжением (6,3 В) от одной из обмоток силового трансформатора, разбалансируется, и в диагонали моста между точками b и d появится напряжение небаланса Ubd. Последнее подается на вход электронного усилителя (ЭУ), где усиливается по напряжению и мощности, затем поступает на реверсивный двигатель РД и приводит в движение его ротор. Вращаясь в ту или иную сторону, в зависимости от знака разбаланса, ротор реверсивного двигателя перемещает механически с ним связанные движок реохорда Rp, стрелку и перо по шкале прибора до тех пор, пока измерительный мост не придет в состояние равновесия. Напряжение на входе электронного усилителя (ЭУ) в этом случае станет равным нулю, электродвигатель РД остановится, а прибор покажет измеряемую температуру.

Точность показаний прибора зависит от подгонки сопротивлений проводов, соединяющих термометр сопротивления с автоматическим равновесным мостом. Для подгонки сопротивлений соединительных проводов до градуировочного значения служат сопротивления Ry и y величиной до 2,5 Ом каждое. При градуировке приборов сопротивление каждого провода, идущего от термометра до прибора, принято (2,5±0,01) Ом. Если сопротивление каждого провода будет меньше 2,5 Ом, то в соединительную линию последовательно включается добавочное сопротивление, дополняющее сопротивление каждого провода до 2,5 Ом.

В производственных условиях термометр сопротивления может находиться на значительном удалении от вторичного прибора, при колебаниях температуры среды величина их сопротивления будет изменяться, что приведет к дополнительной погрешности в показаниях автоматического равновесного моста. Для устранения погрешности применяется трехпроводная схема соединений термометра сопротивления с вторичным прибором, заключающаяся в том, что точка с (рис. 3.4) переносится непосредственно к термометру сопротивления. При таком соединении сопротивление провода прибавляется к плечу измерительного моста, а сопротивление к плечу с постоянным сопротивлением. Тогда условие равновесия мостовой схемы будет иметь вид:

Измерительная схема автоматического равновесного моста может также питаться от сухой батареи постоянного тока или от аккумулятора с напряжением 1,2-1,5 В. В таком случае электронный усилитель прибора должен иметь вибропреобразователь для преобразования сигнала небаланса постоянного тока в переменный с целью его последующего усиления.

Рис. 3.4. Трехпроводная схема соединения термометра сопротивления

В связи с этим равновесные мосты постоянного тока применяются при возможном появлении в измерительной цепи различных наводок (например, при монтаже термометра сопротивления в электропечах или местах с большими магнитными полями). Кроме того, мосты постоянного тока используют в тех случаях, когда по условиям эксплуатации приборов и пожарной безопасности их питание осуществляется маломощными источниками постоянного тока.

Читайте также:  Ток золотой берег феодосия

Конструктивно автоматический самопишущий равновесный мост представляет собой стационарный прибор, все узлы которого размещены внутри стального корпуса. Запись показаний осуществляется на диаграммной бумаге, перемещаемой синхронным двигателем.

Промышленность выпускает показывающие и записывающие на дисковой диаграмме автоматические равновесные мосты, показывающие и записывающие на ленточной диаграмме мосты КСМ2, КСМ3, КСМ4, показывающие мосты с вращающейся шкалой и другие модификации. Принципиальные схемы их подобны рассмотренной схеме автоматического равновесного моста и отличаются только конструкцией отдельных узлов.

Однако рассмотренный выше тип электронного прибора имеет и ряд недостатков:

малый диапазон измерения температуры (до 600 о С);

термометр сопротивления, устанавливаемый в технологических
аппаратах, должен размещаться в объеме продукта;

вторичный прибор не имеет специальных средств взрывозащиты и устанавливается только в помещениях КИПиА.

Источник

Измерительный мост

Измерительный мост – электрическая схема, усовершенствованная английским физиком Чарльзом Уинстоном. Она источник постоянного тока и базовая мостовая схема, которую применяют в конструкциях многих измерительных приборов. Например, в устройствах контроля и измерения температур – термометрах.

Что такое измерительный мост?

Как пример, объясняющий электросхему моста, возьмём терморезистор или термометр. В таких системах механизм ставят в одной ветви схемы. Можно провести аналогию с аптечными весами. Разница только в том, что мост — электрическое устройство.

Рычажные весы и приборы с мостовой схемой действуют компенсационным способом. Величина тока в по Уинстону есть разница между сопротивлениями — чем она выше, тем обширнее протекает электрический ток. При изменении разности меняется и количество электрических зарядов.

Это свойство применяют в различных системах и приборах контроля. Точность замеров достигается за счет изменения сопротивления. Во время измерения электричества, проходящего через измерительный мост постоянного тока, обнаруживаются любые изменения физической величины сопротивления.

Принцип работы моста Уитстона

Мостовая схема Ч. Уинстона состоит из 2-х плеч. В каждом 2 резистора. Соединяет 2 параллельные ветви еще одна. Ее название – мостик. Ток проходит от клеммы с минусом к верхнему пику мостовой схемы.

Разделившись по 2 параллельным ветвям, ток идёт к положительной клемме. Величина сопротивления в каждой ветви непосредственно влияет на количество тока. Равное сопротивление на обеих ветвях говорит о том, что в них течет аналогичное количество тока. В таких условиях мостовой элемент уравновешен.

Если в ветвях неравное сопротивление, ток в электросхеме начинает движение от ветви с высоким уровнем сопротивления к ветви с наименьшим. Так продолжается, пока 2 верхних элемента цепей остаются равны по своей величине. Аналогичное положение резисторы имеют в схемах, которые используют в системах контроля и измерения.

Типы и модификации измерительных мостов

Основная схема измерительного моста – Уинстона. Одинарный мост меряет сопротивление от 1 Ом до 100 Мом. Но есть и модификации, позволяющие измерять разные типы сопротивлений — те, для которых базовая схема не годится.

Разновидности

  1. Небольшие сопротивления измеряются посредством прибора Кери Фотера. Можно узнать разницу между противодействиями больших значений.
  2. Еще один тип – делитель Кельвина-Варлея. Применяется в приборах лабораторного оборудования. Максимальная измеряющая способность, зафиксированная этим делителем напряжения, достигает 1,0*10-7.
  3. Мост Кельвина, который в некоторых странах называют именем Томсона, предназначен для замера неизвестных сопротивлений небольших величин (меньше 1 Ом). По принципу работы похож на одинарный мост Уинстона. Разница лишь в наличии дополнительного сопротивления, снижающего погрешности в измерении, которые появляются в результате падения напряжения в одном из плеч.
  4. Еще один тип – мост Максвелла. Измеряет низкодобротную индуктивность неизвестной величины.

Схемы измерительных мостов

Измерительные мосты переменного тока делят на 2 группы: двойные и одинарные. Одинарные имеют 4 плеча. В них 3 ветви создают цепь с 4 точками подключения.

В диагонали моста есть электромагнитный гальванометр, показывающий равновесие. В другой диагонали моста действует источник постоянного питания. Измерения могут происходить с погрешностями, которые зависят от их диапазона. По мере роста сопротивления чувствительность прибора уменьшается.

Двойной мост называют шестиплечим. Его плечи – измеряемое сопротивление (Rx), резистор (Ro) и 2 пары дополнительных резисторов (Rl, R2, R3, R4).

Двойные измерительные мосты

Небольшие сопротивления измеряются двойными мостами, состоящими из таких компонентов:

  • резисторы R (4);
  • гальванометр;
  • резистор образцовый;
  • источник питания;
  • амперметр;
  • резистор, устанавливающий рабочий ток.

Чтобы узнать условия, при которых возникает равновесие, для замкнутых контуров применяют уравнение Кирхгофа. Соблюдается условие: по гальванометру должен идти нулевой ток.

Читайте также:  Картинки том бьет током

Где используют измерительный мост Уитстона?

Измерительные элементы применяют в работе с кабельными линиями из металла. Они позволяют нейтрализовать постороннее влияние для более эффективной локализации дефектов. Гарантированы высокоточные результаты в рамках диапазона измеряемых величин.

С помощью мостовой схемы Уитстона можно вычислить сопротивление изменяющегося элемента. Схемы используют в конструкциях электронных весов, электронных термометров и терморезисторов.

Среди промышленных образцов широко известны приборы с ручной калибровкой равновесия:

  • ММВ – измеряет сопротивление проводника постоянного напряжения;
  • Р333 – схема одинарного моста, с помощью которой выявляется поврежденный участок кабеля.

Заключение

С помощью прибора Уинстона можно мерить индуктивность, содержание газа в воздухе или другом веществе, емкость и иные физические величины. Подробно о данных схемах можно прочитать в учебнике «Измерительные соединения». В книге представлены основные понятия, базовые методики, примеры, иллюстрирующие принцип действия.

Источник

Уравновешенные мосты

Уравновешенные мосты являются наиболее распространёнными приборами для измерения сопротивлений. Поэтому они широко применяются и для работы в комплекте с термопреобразователями сопротивления (рис.2) [4].

Рис.2. Схема уравновешенного моста

Сопротивления R1,R3постоянные.

R2–сопротивление реохорда (переменное);

Rt– термопреобразователь сопротивления;

НП– нуль-прибор.

В измерительной схеме ток от источника Uпит.Протекает по двум ветвям:асbиadb. Меняя значениеR2можно добиться такого состояния, при котором разность потенциалов в точкахсиd, а следовательно и ток в диагонали мостасиd, равны нулю. Это состояние называется равновесием моста.

Мост считается уравновешенным, когда произведение сопротивлений противоположных плеч моста равны, т.е. R1Rt=R2R3. При этом, каждому значениюRt будет соответствовать определённое значениеR2.

Необходимо учитывать, что термопреобразователь сопротивления Rtчасто находится на значительном расстоянии от измерительной схемы моста и влияние сопротивлений внешних соединительных проводовRвнможет быть существенным за счёт изменения температуры окружающей среды. Уравнение баланса при этом имеет вид:R2R3=(Rt+2Rвн)R1. Этот недостаток устраняется применением трёхпроводной схемы соединения моста с термометром сопротивления (рис.3) [4].

Рис.3. Трехпроводная схема уравновешенного моста

Такое изменение схемы приводит к тому, что сопротивление внешних проводов Rвноказываются в разных плечах моста и, следовательно, в разных частях уравнения, поэтому их влияние на баланс компенсируется:

R3(R2+Rвн)=R1(Rt+Rвн)

При условии, что R1=R3зависимость междуRtиR2становится однозначной:R2=Rt.

Автоматический уравновешенный мост собран по схеме с переменным сопротивлением плеч и трехпроводным соединением термопреобразователя сопротивления с мостом (рис.4) [1, 4]. Переменное сопротивление здесь содержит три параллельно соединенных резистора: Rр– собственно реохорд, выполняющий измерительные функции; Rш – шунт реохорда; Rп– резистор для подгонки заданного значения параллельного соединения сопро­тивлений всей реохордной группы; Rпр, Rh R2, R3 – резисторы мостовой схемы; Rд – добавочный резистор для подгонки тока из условия минимального самонагрева термопреобразователя сопро­тивления; Rб– резистор балластный в цепи питания для ограни­чения тока; Rt – термопреобразователь сопротивления; Rл – ре­зистор для подготовки сопротивления соединительной линии; m – положение движка реохорда правее точки d в долях от Rпр; n – положение движка реохорда левее точки d в долях от Rпр [1, 4]. В качестве нуль-индикатора (НИ) в автоматических мостах ис­пользуется электронный усилитель ЭУ. При измене­нии температуры изменяется сопротивление Rt и мост выходит из равновесия, т.е. в измерительной диагонали cd появляется нап­ряжение дебаланса U, которое усиливается усилителем ЭУ до значений, достаточных для вращения ротора реверсивного двига­теля РД в соответствующую сторону, в зависимости от знака дебаланса. Вал РД, связанный с движком реохорда, перемещает его до тех пор, пока дебаланс U не станет равным нулю [1, 4]. Одно­временно с движком перемещается каретка с пером и стрелкой, указывающей по шкале положение m движка т.е., зна­чение измеряемой температуры. Назначение, устройство и принцип работы основных узлов автоматического моста – модулятора (при питании моста посто­янным током), электронного усилителя, реверсивного двигателя, реохорда, записывающего устройства, привода диаграммы, переключателя (в многоточечных приборах) – такие же, как и в авто­матических потенциометрах.

Рис.4. Схема автоматического уравновешенного моста

Выпускаемые в настоящее время автоматические мосты отли­чаются друг от друга назначением, конструкцией, размерами, точ­ностью измерения и другими техническими характеристиками, например мосты одноточечные и многоточечные, самопишущие и показывающие с ленточной, а также с дисковой диаграммой: пол­ногабаритные, малогабаритные и миниатюрные с шириной диаг­раммной ленты соответственно 250, 160 и 100 мм. Измерительная схема всех этих мостов незначительно отличается от схемы, при­веденной на рис.3. Классы точности автоматических мостов равны 0,25; 0,5 и 1, а время пробега стрелки всей шкалы 1; 2,5 и 10с. В автоматические мосты встраиваются электрические и пневматические регулирующие устройства, а также устройства сигнализации; для дистанционной передачи показаний — преобра­зователи пневматические, токовые, частотные и др.

Источник

Adblock
detector