Меню

Определите ток в цепи с мостом уитстона



Мост Уитстона

Мостовые схемы могут использоваться для измерения всех видов электрических величин: емкостей, индуктивностей и сопротивлений с высокой точностью. Мостовые схемы используют индикатор баланса для сравнения двух напряжений, точно так же, как и лабораторные весы сравнивают две массы и указывают на то, что они равны.

Мостовая схема в простейшем виде состоит из четырех сопротивлений, образующих замкнутый четырехугольник. В одну диагональ этой схемы включен гальванометр, в другую – источник питания. Стандартная мостовая схема, называемая мостом Уитстона (Wheatstone bridge), изображена на рисунке.

В данном случае процесс измерения сопротивления Rₓ сводится к отысканию такого соотношения между сопротивлениями R₃ и R₃, при котором сила тока в измерительной диагонали обращается в нуль. Такое состояние называется равновесием моста.

Для того, чтобы ток в измерительной диагонали СД отсутствовал, потенциалы точек С и Д должны быть равны:

Мост Уитстона

Последнее возможно при равенстве падений напряжения на плечах R₁ и R₄ , так же, как и на плечах R₂ и R₃ :

Мост Уитстона

Разделив эти уравнения одно на другое и приняв во внимание, что в сбалансированном мосте

Мост Уитстона

Получим искомое условие равновесия

Мост Уитстона

Это выражение может быть использовано для отыскания любого из четырех сопротивлений, включенных в плечи моста, если известны три других сопротивления. Оно не изменяется, если поменять местами гальванометр и источник тока или сопротивления противоположных плеч. Если за искомое сопротивление принять Rₓ = R₁, то

Мост Уитстона

Для линейной схемы моста Уитстона сопротивления R₃ и R₄ лежат на одной прямой AВ, и представляют собой однородную проволоку (струну, называемую реохордом ), по которой на скользящем контакте перемещается движок D, соединенный с гальванометром G.

Вследствие того, что сопротивление проводника прямо пропорционально удельному сопротивлению проводника ρ, длине проводника l и обратно пропорционально поперечному сечению проводника S:

Читайте также:  Соответствие проводки силе тока

Мост Уитстона

а проволока реохорда однородна и имеет везде одинаковое поперечное сечение, поэтому отношение сопротивлений участков цепи AD (сопротивление R₄) и DВ (сопротивление R₃) можно заменить отношением соответствующих длин плеч реохорда l₁ и l₂ :

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.

Читайте также:  Какая сила тока у электроплиты

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:  Корректор осанки 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