Лекция: Вимірювальні мости

Вимірювальні мости служать для точного вимірювання електричного опору (мости постійного струму — активного опору, мости змінного струму-реактивного опору).

Принцип дії вимірювальних мостів проілюструємо на прикладі аналізу роботи найпростішої схеми одинарного моста постійного струму, електрична схема якого має такий вигляд:

Тут резистори R1, R2, R3, R4, які називають плечима моста, з’єднані у кільце. Точки з’єднання цих резисторів називаються вершинами моста. До протилежних вершин вмикають джерело живлення (Дж) та нуль індикатор(НІ), які створюють відповідно діагональ живлення і індикаторну діагональ. Різниця напруг між вершинами А і В дорівнює нулю за умови:

R1 R3 = R2 R4(умова рівноваги моста).

Якщо один з опорів плеч (испр. пліч) моста є невідомим, то його значення може бути визначене через опір решти трьох плечей. Наприклад:

Rх = R1 = R4R2 /R3

Як видно з цієї рівності значення опору Rх порівнюється із значенням опоруR4 (плече порівняння) в масштабі відношенняR2/R3.

Принцип дії мостів змінного струму такій самий.

Для зручності користування плече порівняння моста виготовлюється у вигляді багатодекадного важільного магазину опору.

Необхідне відношення R2/R3 встановлюється шляхом незалежного змінювання кожного з цих опорів, через що вони частіше за все виготовляються у вигляді штепсельних магазинів опорів.

Граничне допустиме значення основної похибки мостів у відсотках значення вимірювальної величини для найвищих класів точності мостів не перевищує (0.01...0,002)%.

6.2. Компенсатори напруги (потенціометри)

Компенсатори напруги призначені для здійснення точних вимірювань напруги, або електрорушійної сили (ЕРС). Принцип дії компенсаторів напруги полягає у тому, що вимірювальна величина (напруга) врівноважується відомою напругою. Так. наприклад, в конденсаторі напруги постійного струму, схему якого наведено наступному рисунку, вимірювана напруга Ux зрівнюється відповідним падінням напруги

Ux = IpRkx,

виникаючої на компенсаційному опорі Rkпри проходженні по ньому струму Ip від зовнішнього джерела напруги Дж(джерелаживлення):

В момент рівноваги, який досягається регулюванням компенсаційної напруги, показ гальванометра (нуль-індикатора НІ), увімкнутого у досліджувальне коло через перемикач ПМ в положенні «X», буде дорівнювати нулю. Тоді

Ux = Uk = IpRkx,

де Rkx — частина комплексного опору, з якого знімається компенсаційна напруга.

Значення компенсаційної напруги відчитується по положенню декадного перемикача компенсаційного опору, тобто по значенню Rkxтільки за умови, що через Rk протікає точно відоме значення робочого струму Ip .

Для встановлення робочого струму перемикач ПМ переводиться у положення „НЕ” і за допомогою резистора Rдобиваються такого значення робочого струму Ip, при якому падіння напруги на установлювальному опорі Rудорівнює ЕРС нормального елемента НЕ, про що свідчить нульовий показ гальванометра НІ.

В цьому випадку:

Ip = EНЕ/Rу,

Ux = Uk = IpRkx = (EНЕ/Rу) Rkx = (Rkx/Rу) EНЕ.

Таким чином в кінцевому результаті вимірювання Ux зводиться до порівняння його значення із значенням ЕРС нормального елемента НЕ (EНЕ.) в масштабі відношення Rkx/Rу,а похибка визначення Ux дуже мала, оскільки визначається похибкою НЕ і похибкою відношення (Rkx/Rу).

На практиці існують компенсатори постійного струму, похибка яких не перевищує 0,0005%.