Электрические и компьютерные измерения

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ МОСТЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Расчетно-графическая работа

1 Теоретическая часть

Измерительный мост – это обычно четырехплечая электрическая цепь, составленная из резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности, предназначенная для определения отношения параметров этих компонентов. К одной паре противоположных полюсов цепи подключается источник питания, а к другой – нуль-детектор. Измерительные мосты применяются только в тех случаях, когда требуется наивысшая точность измерения. (Для измерений со средней точностью лучше пользоваться цифровыми приборами, поскольку они проще в обращении.) Наилучшие трансформаторные измерительные мосты переменного тока характеризуются погрешностью (измерения отношения) порядка 0,0000001%.

Принцип работы мостовой схемы измерения: сопротивление R1 вычисляется исходя из полученного при балансировке моста соотношения R4/R3, в качестве R2 используется резистор с известным значением. Микропроцессорное ядро позволяет автоматизировать процедуру измерения, обеспечить многофункциональность устройства (многие мосты интегрированы с другими измерительными приборами — мультиметрами, рефлектометрами и т. п.), устранить помехи (посторонние постоянные и переменные напряжения почти всегда присутствуют на жилах кабелей), организовать дальнейшую обработку накопленных результатов измерений (хранение, обмен с компьютером, печать протоколов) .

Цифровые мосты применяются для измерения сопротивления, емкости, индуктивности  или преобразования в них других физических величин.

Цифровые мосты классифицируются по различным признакам:

1. Цифровые мосты подразделяются на уравновешенные и неуравновешенные. Уравновешенные мосты обеспечивают более высокую точность измерения, но требуют сложный процесс уравновешивания  в автоматизированном  и ручном режиме. У неуравновешенных мостов напряжение или ток в измерительной диагонали  является мерой приращения измеряемого параметра по отношению к его начальному значению.
2.  Мосты постоянного и переменного тока. Мосты постоянного тока питаются от постоянного напряжения  и предназначены для измерения  только сопротивления постоянному току.  Мосты переменного тока - питаются  от переменного тока и предназначены для измерения параметров комплексных сопротивлений, индуктивностей, емкостей, показателей качества конденсаторов  и катушек индуктивности.

Мостовая измерительная цепь МИЦ включает измеряемое сопротивление, преобразователь  кода в сопротивление или проводимость, с помощью которого  уравновешивается мост, источник питания. Сигнал разбалланса подается на устройство сравнения УС, которое в процессе уравновешивания на каждом такте дает на устройство управления УУ информацию о знаке этого напряжения. Как и в кодоимпульсном АЦП устройство управления содержит генератор тактовых импульсов, логические элементы (И, ИЛИ), устройство сравнения, распределитель импульсов, ЦОУ.

Рисунок 1 – Обобщенная структурная схема цифрового моста

Мостовая измерительная цепь МИЦ включает измеряемое сопротивление, преобразователь  кода в сопротивление или проводимость, с помощью которого  уравновешивается мост, источник питания. Сигнал разбалланса подается на устройство сравнения УС, которое в процессе уравновешивания на каждом такте дает на устройство управления УУ информацию о знаке этого напряжения. Как и в кодоимпульсном АЦП устройство управления содержит генератор тактовых импульсов, логические элементы (И, ИЛИ), устройство сравнения, распределитель импульсов, ЦОУ.

Процентный мост на базе цифрового моста  узкого диапазона измерения.

Рисунок 2  –  Структурная схема  моста

Данный мост применяется для разбраковки резисторов. В данном случае  измеряемой величиной является, выраженное в процентах отклонение сопротивления , контролируемого резистора,  от его номинального значения   , т.е. измеряемая величина . Для учета значения отклонения в ПКП вводят дополнительный ключ и резистор , проводимость которого определяется  из условия , остальные резисторы  те же, что  и в предыдущей схеме  и выполняют ту же  роль.

2Задание

Определить постоянную гальванометра как функцию процентного отклонения DRx от значения номинала Rx в неуравновешенном мосте постоянного тока, используемого для разбраковки сопротивлений Rx с номиналом 100 Ом±10%.  Сопротивления плеч уравновешенного моста: Rx = 100 Oм, R₂=10 кОм, R₃=10 кОм, R₄=100 Ом, внутреннее сопротивление гальванометра Rг=100 Ом, постоянная гальванометра по току C_I=10^-7A/дел. Напряжение источника питания U=3В.

Решение:

Откуда

Если ,

Если ,

Вывод: в данной работе я определила постоянную гальванометра как функцию процентного отклонения  от значения номинала  в неуравновешенном мосте постоянного тока.Данный мост применяется для разбраковки резисторов.