Pomiary mostów

Obwód mostkowy — schemat łączenia elementów obwodu elektrycznego (rezystory, diody prostownicze itp.), charakteryzujący się obecnością gałęzi mostkowej między dwoma punktami obwodu, które nie są bezpośrednio podłączone do źródła energii elektrycznej. Obwód mostka jest oparty na obwodzie mostka Wheatstone'a (rys. 1).

Zasada działania układu mostkowego polega na tym, że przy stosunku impedancji w ramionach mostka równym За / Зб = ЗНС/Зд nie płynie prąd po przekątnej mostka (w urządzeniu wskaźnikowym ). Zwiększając czułość wskaźnika zera, można uzyskać bardzo dokładną równość stosunków impedancji w obwodzie mostka. Pomiary mostów opierają się na tej zasadzie.

Ryż. 1. Diagram mostka (schemat mostka Wheatstone'a)

Zasilacze do obwodów mostkowych mogą być źródłami prądu stałego lub przemiennego. Równoważenie mostków jest całkowicie niezależne od wahań napięcia zasilania.

Pomiary mostkowe — Metody pomiaru parametrów obwodów elektrycznych prądu stałego (rezystancja stała, prąd) i przemiennego (rezystancja czynna, pojemność, indukcyjność, indukcyjność wzajemna, częstotliwość, kąt strat, współczynnik jakości itp.) za pomocą łańcuchy mostowe. Pomiary mostkowe są również szeroko stosowane do pomiarów elektrycznych wielkości nieelektrycznych za pomocą czujników — pośrednich przetworników wielkości mierzonej na funkcjonalnie powiązany parametr obwodu elektrycznego.

Pomiary mostkowe wykonujemy za pomocą mostków pomiarowych (instalacji mostowych) należących do kategorii urządzeń porównawczych. Generalnie opierają się one na wykorzystaniu pewnego obwodu elektrycznego składającego się z kilku znanych i jednego nieznanego (zmierzonego) oporu, zasilanego z jednego źródła i wyposażonego w urządzenie wskazujące.

Zmieniając znane rezystancje, reguluje się ten obwód, aż do osiągnięcia określonego, wskazanego przez wskazówkę rozkładu napięć w poszczególnych odcinkach obwodu. Jest oczywiste, że dany stosunek napięć odpowiada również określonemu stosunkowi rezystancji obwodu, za pomocą którego można obliczyć nieznaną rezystancję, jeśli znane są inne rezystancje.

Historycznie pierwsza, najprostsza i najbardziej rozpowszechniona wersja pomiarów mostka realizowana była za pomocą mostka symetrycznego z czterema ramionami, czyli pierścieniowego obwodu 4 rezystorów (mostków „ramiennych”), w którym połączone są zasilacz i wskazówka ukośnie do przeciwległych wierzchołków, w formie „mostków” (ryc. 2).

Ryż. 2.

Jeśli warunek R1R3 = R2R4 jest spełniony (odpowiednio Z1Z3 = Z2Z4 przy prądzie przemiennym), napięcie na wyjściu obwodu mostka (niezależnie od napięcia zasilania) wynosi zero (Ucd = 0), to znaczy mostek jest „ zrównoważony «, na co wskazuje wskaźnik zerowy .

Stan ustalony mostka DC odpowiadający warunkowi R1R3 = R2R4 można osiągnąć poprzez regulację tylko jednego parametru zmiennego, a także umożliwia wyznaczenie tylko jednej nieznanej rezystancji.

Aby osiągnąć złożony stan równowagi prądu przemiennego Z1Z3 = Z2Z4, który rozkłada się, gdy zespolone wartości rezystancji Z = R + jx zostaną zastąpione dwoma niezależnymi warunkami, należy dopasować co najmniej dwa parametry zmienne. W takim przypadku możliwe jest jednoczesne określenie dwóch składowych złożonej rezystancji (na przykład L i R lub L i Q, C i tgφ itp.).

Różnorodne czteroramienne mosty prądu przemiennego to mosty rezonansowe... Oprócz czteroramiennych stosuje się bardziej złożone schematy mostków - mostki podwójne na prąd stały (ryc. 3) i wiele ramion (sześć lub siedem ramion) - na przemiennie prąd (na przykład ryc. 4) . Warunki równowagi dla tych obwodów oczywiście różnią się od podanych powyżej.

Ryż. 3.

Ryż. 4.

Mostki mogą być używane zarówno w trybie zbalansowanym, jak i niezbalansowanym. W tym drugim przypadku wynik pomiaru wyznaczany jest bez korygowania rezystancji, bezpośrednio z prądu lub napięcia na wyjściu układu mostkowego, które są funkcjami mierzonej rezystancji i napięcia zasilania (to ostatnie musi być stabilne). Urządzenie wyjściowe jest kalibrowane bezpośrednio w wartości mierzonej.

Pomiary mostka AC mogą być stosowane w dwóch dodatkowych trybach: quasi-zbalansowanym i półzbalansowanym. Ten ostatni charakteryzuje się tym, że konwencjonalny układ czteroramienny (rys. 2) reguluje się za pomocą tylko jednego parametru zmiennego, aż do uzyskania minimalnego napięcia wyjściowego (pełna równowaga, tj. Ucd= 0, co wymaga ustawienia dwóch parametrów, w tym przypadku jest nieosiągalny).

Moment osiągnięcia napięcia minimalnego Ucd można wyznaczyć bezpośrednio z prostej wskazówki na wyjściu układu, a dokładniej — pośrednio — na podstawie np. występujących w danej chwili zależności fazowych wektorów napięć układu mostkowego półrównowagi.

W drugim przypadku aparatura doświadczalna i wskazująca jest zbliżona do stosowanej w trybie quasi-zbalansowanym. Wyznacza się składowe mierzonej rezystancji: jedna — z wartości parametru zmiennego w chwili połowicznej równowagi, druga — z napięcia wyjściowego mostka. Napięcie zasilania musi być ustabilizowane.

Wyważanie mostków pomiarowych może być wykonywane zarówno bezpośrednio przez człowieka (mostki z prowadzeniem ręcznym), jak i przy pomocy urządzenia automatycznego (mostki automatyczne).

Pomiary mostkowe służą zarówno do pomiaru wartości rezystancji, jak i do określenia odchyleń tych wartości od zadanej wartości nominalnej. Należą do najbardziej powszechnych i zaawansowanych metod pomiarowych. Mostki produkowane seryjnie mają klasy dokładności od 0,02 do 5 dla prądu stałego i od 0,1 do 5 dla prądu zmiennego.