Лабораторная работа № 5 Исследование измерительных мостов

Цель работы: Получение навыков работы, а также расчета измерительных мостов.

Краткие теоретические сведения

Измерительные мосты — приборы, служащие для измерения сопротивлений, в основе работы которых заложен дифференциальный или нулевой метод. При дифференциальном методе делают неуравновешенные мосты, а при нулевом — уравновешенные нулевые.

Уравновешенный мост — четырехполюсник, питаемый от одного источника и имеющий две равно потенциальные или близко потенциальные точки, обнаруживаемые индикатором равновесия.

Измерительные мосты различают по виду тока источника пи­тания и схемному выполнению.

Мосты постоянного тока делят на двуплечие, одинарные (четы-рехплечие) и двойные (шестиплечие). Индикаторами равновесия в них служат гальванометры постоянного тока (стрелочные и зеркальные), электромеры, автокомпенсационные микровольтнано-амперметры. Мосты постоянного тока используют для измерения больших и малых сопротивлений.

Мосты переменного тока делят на одинарные, двойные, Т-об­разные. По характеру сопротивления плеч они бывают с индук­тивными и безындуктивными связями, а по влиянию частоты — частотонезависимые (равновесие их не зависит от частоты питаю­щего напряжения) и частотозависимые (их равновесие зависит от частоты питающего напряжения).

Плечи моста (рисунок 5.1) содержат в общем случае комплексные сопротивления R1-R4. В выходной диагонали находится нагрузка R0.

Равновесие моста имеет место при I₀=0, т.е. при

R1R4 = R2R3 (5.1)

В развернутой форме выражения полных сопротивлений плеч имеют вид:

Z1=R1+jX1; Z2=R2+jX2; Z3=R3+jX3; Z4=R4+jX4 (5.2)

Подставив (5.1) в выражение (5.2) получим:

(5.3)

Рисунок 5.1 — Схема моста Уитстона

Схема моста постоянного тока не отличается от рассмотренной схемы. Плечи моста имеют активные сопротивления R1-R4 выходная диа­гональ - гальванометр. Подобная схема моста постоянного то­ка носит название моста Уитстона. Рассмотрим на примере этого моста постоянного тока вывод уравнения равновесия, опущенный в предыдущем случае. Если мост уравновешен, т.е. I₀=0, то

I₁=I₂, I₃=I₄ и R1I₁=R3I₃ , R2I₂=R4I₄ (5.4)

Разделив в выражении (5.4) одно уравнение на другое почленно, получим:

R1/R2=R3/R4 или R1R4=R2R3. (5.5)

Если под R1 подразумевать объект с неизвестным сопротивлением R_x , то получим

R_х=R2R3/R4. (5.6)

Это выражение принято называть уравнением равновесия одинарного моста постоянного тока. Здесь R4 и R2 являются плечами отноше­ния, а R3 плечом сравнения.

Важное свойство моста — чувствительность по току, напря­жению, мощности.

Чувствительность моста— отношение изменения тока, на­пряжения _r или мощности в цепи индикатора равновесия либо к относительному изменению сопротивления одного из плеч мосто­вой схемы, либо к абсолютному изменению сопротивления.

S_I=I/(R_i / R_i) (5.7)

S_U=U/(R_i / R_i) (5.8)

Одинарный мост применяется для измерения больших сопротивлений (10 — 10⁶ Ом).

Двойной мост применяют при измерении малых сопротив­лений (10^-8-10 Ом).

Одинарные мосты переменного тока выполняют измерение сопротивления, индуктивности, емкости.

Содержание работы

Лабораторная работа выполняется в пакете прикладных программ «Electronics Workbench» [1].

1 Загрузить ППП «Electronics Workbench».

2 Определить сопротивление R4, чтобы мост был уравновешенным.

3 Собрать схему согласно рисунку 5.2.

4 Провести моделирование схемы, приведенной на рисунке 5.2, если Uвых=(N+5), В , R1=3 кОм, R2= (2*N) , кОм, R3=2 кОм, R4, где N – номер варианта

5 Полученные расчетные данные проверить с помощью моделирования схемы рисунка 5.2.

6. В качестве закрепления материала студентам предлагается на основании теоретических материалов лекции разработать и смоделировать схему двойного моста постоянного тока.

7 Ответить на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1 Дайте определение измерительному мосту.

2 Для каких измерений применяются измерительные мосты?

3 Для чего необходим мост Вина и Томсона?

4 Дайте определение неуравновешенному мосту.

5 Для чего применяются измерительные мосты переменного тока?

Рисунок 5.2 — Схема для моделирования

Список литературы

1. Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM РС. Лабораторный практикум на базе Electronics Workbench и Matlab. – М.: СОЛОН-Пресс, 2004. – 800 с.

2. Атамалян Э.Г. Методы и приборы измерения электрических величин. - М. : Высш. шк., 1989. - 298 с.

3. Информационно-измерительная техника: учеб. пособие / Г.Г. Эм, Е.Б. Потемкина; КарГТУ. – Караганда : Изд-во КарГТУ, 2006. - 121 с.

4. Метрология: учеб. пособие / И.О. Шильникова; КарГТУ. – Караганда : Изд-во КарГТУ, 2010. - 119 с.