Мостовая измерительная схема

Схема, умеющая четыре плеча, к одной диагонали которой под­водится питающее напряжение, а с другой диагонали снимается выходное напряжение, называется мостовой измерительной схемой или просто мостом (рис. 9.1). Она используется для преобразова­ния изменения активного сопротивления, индуктивности или ем­кости датчика в изменение величины или амплитуды напряжений. Применяются два основных типа мостовой схемы: а) равновес­ная, или балансная, мостовая схема, предусматривающая нулевой метод измерения; б) неравновесная, или небаластная, мостовая схема предусматривающая измерение методом непосредственного отсчета по измерительному прибору, включенному в диагональ моста. Для измерения неэлектрических величин электрическими ме­тодами наиболее часто используют второй тип мостовой схемы. "В тех случаях, когда задачей мостовой схемы является не измерение, а управление каким-либо про­цессом, в основном применяют пер­вый тип мостовой схемы.

Мостовые схемы могут работать как на постоянном, так и на пере­менном токе. При равновесии мо­стовой схемы (сила тока в диаго­нали i _пр = 0) и при питании ее по­стоянным напряжением на основа­нии закона Кирхгофа для замкну­тых контуров можно написать ра­венства:

(9.1)

Разделив почленно одно на другое равенства (9.1) и сделав соответствующие преобразования, получим условие равновесия мо­стовой схемы на постоянном токе, т. е.

. (9.2)

Для равновесия мостовой схемы, питаемой переменным током, необходимо соблюдать условие

(9.3)

где Z ₁, Z₂, Z₃, Z ₄ — комплексные (полные) сопротивления плеч мос­товой схемы.

Комплексные сопротивления Z ₁, Z₂, Z₃ и Z ₄можно представить в виде

} (9.4)

где R ₁, R ₂, R ₃, R ₄ - активные сопротивления; х ₁, х ₂, x ₃, x ₄ — реак­тивные сопротивления.

Подставляя значения формулы (9.4) в формулу (9.3), получим

или

. (9.5)

Для того чтобы было соблюдено равенство (9.5), необходимо чтобы действительные (вещественные) части левой стороны были равны действительным частям правой и мнимые части левой стороны — мнимым частям правой, т. е.

} (9.6)

Трудность регулирования мостовой схемы на переменном токе заключается в том, что после выполнений условия равновесия (9.3) необходимо еще выполнить условие (9.6),не нарушая первого усло­вия. Такое регулирование возможно только методом последова­тельных приближений, когда вначале добиваются минимальной си­лы тока, регулируя один параметр, затем добиваются еще больше­го уменьшения i _пр, регулируя другой параметр, и т. д., последова­тельно уменьшая i _пр до нуля.

Регулирование равновесного моста на переменном токе упроща­ется в следующих случаях:

1. При наличии только реактивных сопротивлений, когда актив­ные сопротивления равны нулю (что возможно только при приме­нении конденсаторов). В данном случае остается только одно усло­вие равновесия

.

2. Если в плечи моста включены только активные сопротивле­ния. Тогда условие равновесия определяется только равенством

.

3. Если два соседних плеча имеют только активное, а два дру­гих — только реактивное сопротивление (что возможно при при­менении конденсаторов). В данном случае остается только одно условие: , если .

Чувствительность равновесной мостовой схемы при переменном сопротивлении R по току определяется из выражения

и по напряжению

,

где — изменение сопротивления (одного из плеч); М, N — сопротивление плеч, зависящих от способа включения датчиков; U — напряжение питания мостовой схемы; i — сила тока, потребля­емая мостовой схемой от источника питания.

Таким образом, повышение чувствительности мостовой схемы может происходить за счет увеличения напряжения питания и спо­собов включения датчиков.