Měření mostu

Mostový obvod — schéma pro připojení prvků elektrického obvodu (odpory, usměrňovací diody atd.), vyznačující se přítomností můstkové větve mezi dvěma body obvodu, které nejsou přímo spojeny se zdrojem elektrické energie. Můstkový obvod je založen na okruhu Wheatstone Bridge (obr. 1).

Princip činnosti můstkového obvodu je založen na skutečnosti, že když je poměr impedancí v ramenech můstku roven За / Зб = ЗНС/Зд, v úhlopříčce můstku není žádný proud (v indikačním zařízení ). Zvýšením citlivosti nulového indikátoru je možné dosáhnout velmi přesné rovnosti impedančních poměrů v můstkovém obvodu. Na tomto principu jsou založena mostní měření.

Rýže. 1. Bridge Diagram (Wheatstone Bridge Diagram)

Napájecí zdroje pro můstkové obvody mohou být stejnosměrné nebo střídavé zdroje. Vyvažování můstku je zcela nezávislé na kolísání napájecího napětí.

Mostní měření — Metody měření parametrů elektrických obvodů stejnosměrného proudu (stejnosměrný odpor, proud) a střídavého proudu (činný odpor, kapacita, indukčnost, vzájemná indukčnost, frekvence, úhel ztráty, činitel jakosti atd.) pomocí mostní řetězy. Mostová měření jsou hojně využívána i pro elektrická měření neelektrických veličin pomocí snímačů — mezipřevodníků měřené veličiny na funkčně související parametr elektrického obvodu.

Mostní měření se provádějí pomocí měřících můstků (mostových instalací) spadajících do kategorie srovnávacích zařízení. Obecně jsou založeny na použití určitého elektrického obvodu sestávajícího z několika známých a jednoho neznámého (naměřeného) odporu, napájeného z jednoho zdroje a vybaveného indikačním zařízením.

Změnou známých odporů se tento obvod nastavuje, dokud není dosaženo určitého, ručičkou indikovaného, ​​rozložení napětí v jednotlivých úsecích obvodu. Je zřejmé, že danému poměru napětí odpovídá i určitý poměr odporů obvodu, pomocí kterého je možné vypočítat neznámý odpor, pokud jsou známy ostatní odpory.

Historicky první, nejjednodušší a nejrozšířenější verze měření můstku byla realizována pomocí vyváženého můstku se čtyřmi rameny, což je prstencový obvod 4 rezistorů („ramenné“ můstky), ve kterém je zapojeno napájení a ukazatel diagonálně k protilehlým vrcholům ve tvaru «mostů» (obr. 2).

Rýže. 2.

Pokud je splněna podmínka R1R3 = R2R4 (respektive Z1Z3 = Z2Z4 při střídavém proudu), je napětí na výstupu můstkového obvodu (bez ohledu na napájecí napětí) nulové (Ucd = 0), tedy můstek je " vyvážený «, který je označen nulovým ukazatelem .

Ustálený stav stejnosměrného můstku odpovídající podmínce R1R3 = R2R4 lze dosáhnout úpravou pouze jednoho proměnného parametru a také umožňuje určit pouze jeden neznámý odpor.

Aby bylo dosaženo komplexního rovnovážného stavu střídavého proudu Z1Z3 = Z2Z4, který se při dosazení komplexních hodnot odporů Z = R + jx rozkládá do dvou nezávislých podmínek, je třeba upravit alespoň dva proměnné parametry. V tomto případě je možné současně stanovit dvě složky komplexního odporu (například L a R nebo L a Q, C a tgφ atd.).

Různé čtyřramenné AC můstky jsou rezonanční můstky... Kromě čtyřramenných se používají složitější můstková schémata - dvojité můstky na stejnosměrný proud (obr. 3) a víceramenné (šesti nebo sedmiramenné) - na střídavý proudu (například obr. 4) . Rovnovážné podmínky pro tyto obvody se samozřejmě liší od výše uvedených.

Rýže. 3.

Rýže. 4.

Mosty lze používat ve vyváženém i nevyváženém režimu. V druhém případě je výsledek měření určen bez úpravy odporů, přímo z proudu nebo napětí na výstupu můstkového obvodu, což jsou funkce měřeného odporu a napájecího napětí (to druhé musí být stabilní). Výstupní zařízení je kalibrováno přímo v měřené hodnotě.

Měření střídavého můstku lze použít ve dvou dalších režimech: kvazi-vyváženém a polovyváženém. Ten se vyznačuje tím, že konvenční čtyřramenný obvod (obr. 2) se nastavuje pouze pomocí jednoho proměnného parametru, dokud není dosaženo minimálního výstupního napětí (plná rovnováha, tj. Ucd= 0, což vyžaduje nastavení dvou parametrů, v tomto případě je nedosažitelná).

Okamžik dosažení minimálního napětí Ucd lze určit přímo z jednoduchého ukazatele na výstupu obvodu, nebo přesněji — nepřímo — na základě např. fázových vztahů napěťových vektorů můstkového obvodu vyskytujících se v daném okamžiku. poloviční rovnováhy.

Ve druhém případě je experimentální a indikační zařízení podobné těm, které se používají v kvazi-vyváženém režimu. Složky měřeného odporu jsou určeny: jedna — z hodnoty proměnného parametru v okamžiku poloviční rovnováhy, druhá — z výstupního napětí můstku. Napájecí napětí musí být stabilizováno.

Vyvažování měřících můstků lze provádět jak přímo osobou (můstky s ručním vedením), tak pomocí automatického zařízení (automatické měřící můstky).

Můstková měření se používají jak k měření hodnot odporu, tak k určení odchylek těchto hodnot od dané jmenovité hodnoty. Patří mezi nejběžnější a nejpokročilejší metody měření. Sériově vyráběné můstky mají třídy přesnosti od 0,02 do 5 pro stejnosměrný proud a od 0,1 do 5 pro střídavý proud.