Уравновешенные мосты

Уравновешенные мосты применяются в качестве вторичных приборов, работающих в комплекте с первичными преобразователями – электрическими термометрами сопротивления (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Трехпроводная схема включения термометра

сопротивления в измерительный мост

Мост состоит из двух постоянных резисторов R ₁ и R ₃ и регулируемого R ₂. В плечо bd включено измеряемое сопротивление R _t. На рис. 1.2 изображена так называемая схема подключения термометра, когда сопротивление одного провода R _пр последовательно соединено с регулируемым сопротивлением R ₂, а второго – с сопротивлением термометра R _t.

В диагональ питания cd включается источник питания, а в измерительную диагональ ab включается нуль–индикатор.

Мост называется уравновешенным, если в момент измерения ток I ₀ в измерительной диагонали равен нулю. В соответствии с первым законом Кирхгофа токи в соответствующих плечах равны: I ₁ = I ₂ и I ₃ = I _t. Тогда согласно второму закону Кирхгофа падение напряжения на сопротивлениях R _t и R ₃ одинаково:

R ₁× I ₁ = R ₃× I ₃ (1.8)

Падение напряжения на сопротивлениях плеч ad и bd также одинаково:

I ₂×(R ₂ + R _пр) = I _t×(R _t + R _пр) (1.9)

Разделив равенство (1.8) на равенство (1.9), получим:

(1.10)

С учетом равенства сопротивлений R ₁ и R ₃ и токов I ₁ = I ₂, I ₃ = I _t имеем:

R _t + R _пр = R ₂ + R _пр (1.11)

Для измерения сопротивления термометра R _t необходимо с помощью регулируемого сопротивления R ₂ уравновесить мост, установив стрелку нуль индикатора на нулевую отметку. Тогда искомое сопротивление R _t определяется по величине сопротивления R ₂. Сопротивление соединительных проводов, которое может изменяться с изменением температуры окружающей среды, не оказывает влияния на результат измерения.

В автоматических уравновешенных мостах подвижный контакт регулируемого сопротивления – реохорда располагают в измерительной диагонали так, что регулируемое сопротивление оказывается размещенным в двух плечах. При этом переходное сопротивление контакта из–за отсутствия тока в момент уравновешивания не сказывается на результатах измерения (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Схема автоматического уравновешенного моста

Регулируемое сопротивление содержит три параллельно соединенных резистора: R _p – собственно реохорд, движок которого перемещается с помощью реверсивного двигателя для установления состояния равновесия; R _ш – шунт реохорда; R _п – резистор для подгонки заданного значения параллельного соединения сопротивления реохордной группы; R ₁, R ₂, R ₃ – резисторы мостовой схемы; R _д – добавочный резистор для подгонки тока; R _б – резистор балластный в цепи питания для ограничения тока; R _t – термометр сопротивления; R _л – резисторы для подгонки сопротивлений соединительной линии.

При изменении температуры в объекте изменяется сопротивление термометра R _t и мост выходит из равновесия. В измерительной диагонали моста появляется напряжение U _ab, которое подается на вход электронного усилителя, являющегося нуль–индикатором. В зависимости от знака небаланса выходной вал реверсивного двигателя переместит движок реохорда до состояния равновесия моста, когда U _ab = 0. Вместе с движком реохорда перемещается стрелка, указывающая значение измеряемой температуры. Шкалы автоматических мостов градуируют в градусах Международной практической шкалы с учетом градуировки термометра сопротивления. Последняя обязательно указывается на шкале прибора.

Выпускаются мосты одноточечные и многоточечные с записью на дисковой или ленточной диаграмме; классы точности автоматических мостов равны 0,25; 0,5 и 1,0. В автоматические мосты встраиваются электрические и пневматические регулирующие устройства и преобразователи [3].

При измерении температуры электрическими термометрами сопротивления основными источниками погрешностей измерения являются:

1. Отклонение градуировочной характеристики термометра сопротивления от стандартной градуировочной таблицы, что неизбежно при изготовлении термометра сопротивления.

2. Изменение сопротивления проводящих проводов с изменением температуры окружающей среды, даже при трехпроводной схеме подключения [2].

3. Основная погрешность и вариация прибора.

4. Отклонение температуры прибора от нормальной.