Мостови измервания
Мостова верига — схема на свързване на елементите на електрическа верига (съпротивления, токоизправителни диоди и др.), характеризираща се с наличието на мостово разклонение между две точки на веригата, които не са директно свързани с източника на електрическа енергия. Мостовата верига се основава на веригата Мост Уитстоун (Фиг. 1).
Принципът на действие на мостовата верига се основава на факта, че когато съотношението на импедансите в раменете на моста е равно За / Зб = ZНС/Зд няма ток в диагонала на моста (в индикаторното устройство). Чрез увеличаване на чувствителността на нулевия индикатор е възможно да се постигне много точно спазване на равенството на съотношенията на импеданса в мостовата верига. Мостовите измервания се основават на този принцип.
Ориз. 1. Мостова диаграма (диаграма на моста Уитстоун)
Захранванията за мостовите вериги могат да бъдат както източници на постоянен, така и на променлив ток. Балансирането на моста е напълно независимо от колебанията в захранващото напрежение.
Мостови измервания — Методи за измерване на параметрите на електрическите вериги на постоянен ток (DC съпротивление, ток) и на променлив ток (активно съпротивление, капацитет, индуктивност, взаимна индуктивност, честота, ъгъл на загуба, коефициент на качество и др.) Посредством мостови вериги. Мостовите измервания също се използват широко за електрически измервания на неелектрически величини с помощта на сензори — междинни преобразуватели на измереното количество във функционално свързан параметър на електрическата верига.
Измерванията на мостове се извършват с помощта на измервателни мостове (мостови инсталации), принадлежащи към категорията устройства за сравнение. В общия случай те се основават на използването на определена електрическа верига, състояща се от няколко известни и едно неизвестно (измерено) съпротивление, захранвани от един източник и оборудвани с индикаторно устройство.
Чрез промяна на известните съпротивления тази верига се регулира, докато се достигне определено, посочено от показалеца, разпределение на напреженията в отделни участъци от веригата. Очевидно е, че дадено съотношение на напрежения също съответства на определено съотношение на съпротивленията на веригата, чрез което е възможно да се изчисли неизвестното съпротивление, ако останалите съпротивления са известни.
Исторически първата, най -простата и най -разпространена версия на мостовите измервания е реализирана посредством балансиран мост с четири рамена, който представлява пръстенова верига от 4 резистора (мостове «рамене»), в която захранването и показалецът са свързани диагонално към противоположни върхове, под формата на «мостове» (фиг. 2).
Ориз. 2.
Ако е изпълнено условието R1R3 = R2R4 (съответно Z1Z3 = Z2Z4 при променлив ток), напрежението на изхода на мостовата верига (независимо от захранващото напрежение) е нула (Ucd = 0), тоест мостът е „балансиран «, което е обозначено с нулев указател.
Равновесното състояние на DC моста, съответстващо на условието R1R3 = R2R4, може да бъде постигнато чрез регулиране само на един променлив параметър и също така позволява да се определи само едно неизвестно съпротивление.
За да се постигне сложното състояние на равновесие при променлив ток Z1Z3 = Z2Z4, което се разлага, когато комплексните стойности на съпротивленията Z = R + jx се заменят в две независими условия, трябва да се коригират поне два променливи параметъра. В този случай е възможно едновременно да се определят два компонента на комплексното съпротивление (например L и R или L и Q, C и tgφ и др.).
Разнообразие от четириръчни AC мостове са резонансни мостове… В допълнение към четириръките се използват по-сложни мостови схеми- двойни мостове на постоянен ток (фиг. 3) и многократни рамена (шест или седем рамена)- на променлив ток (например фиг. 4). Условията на равновесие за тези вериги, естествено, се различават от дадените по -горе.
Ориз. 3.
Ориз. 4.
Мостовете могат да се използват както в балансиран, така и в небалансиран режим. В последния случай резултатът от измерването се определя без регулиране на съпротивленията, директно от тока или напрежението на изхода на мостовата верига, които са функции на измереното съпротивление и напрежението на захранването (последното трябва да е стабилно). Изходното устройство се калибрира директно в измерената стойност.
Измерванията на AC моста могат да се използват в още два режима: квазибалансиран и полубалансиран. Последното се характеризира с факта, че конвенционалната верига с четири рамена (фиг. 2) се регулира, като се използва само един променлив параметър, докато се получи минималното изходно напрежение (пълно равновесие, т.е. Ucd= 0, което изисква настройка на два параметъра, в този случай е недостижимо).
Моментът на достигане на минималното напрежение Ucд могат да бъдат определени директно от обикновен показалец на изхода на веригата, или по -точно — косвено — въз основа например на фазовите отношения на векторите на напрежението на мостовата верига, възникващи в момента на полуравновесие.
Във втория случай експерименталното и посочващото оборудване са подобни на тези, използвани в квазибалансиран режим. Компонентите на измереното съпротивление се определят: единият — от стойността на променливия параметър в момента на полуравновесие, другият — от напрежението на изхода на моста. Захранващото напрежение трябва да се стабилизира.
Балансирането на измервателните мостове може да се извърши както директно от човек (мостове с ръчно насочване), така и с помощта на автоматично устройство (автоматични измервателни мостове).
Мостовите измервания се използват както за измерване на стойностите на съпротивлението, така и за определяне на отклоненията на тези стойности от дадена номинална стойност. Те са сред най -често срещаните и усъвършенствани методи за измерване. Серийно произведените мостове имат класове на точност от 0,02 до 5 при DC, ток и от 0,1 до 5 при AC.