Мостовые измерители параметров двхуполюсинков.

Измерительными мостами называются приборы сравнения, измерительная цепь которых относится к классу мостовых измерительных цепей (МИЦ). Классическая МИЦ состоит из четырех ДП Z1...Z4, соединенных по кольцевой схеме (рис. 10.10). Они образуют плечи моста, причем один из них (как правило, Z1) является объектом измерения, а остальные — мерами Z. Ветвь а — в, содержащая источник питания, называется генераторной диагональю ветвь б — г с индикатором И — индикаторной диагональю. В зави симости от окончательного измерительного состояния МИЦ может быть уравновешенной (/_и = 0) или неуравновешенной (I_и<>0). Соответственно этому измерительный мост реализует нулевой или дифференциальный метод (см. § 2.4).

Рис. 10.10. Схема МИЦ.

Операция уравновешивания (балансирования) МИЦ производится изменением Z2...Z4 и контролируется с помощью И. Моменту равновесия (баланса) МИЦ cooтветствует равенство потенциалов точек б и г, что возможно только при равенстве падений напряжений в плечах Z1 и Z4, а также Z2 и Z3. Таким образом, I₁Z₁=I₂Z₄; I₁Z₂=I₂Z₃ при I_и=0. Следовательно, условие равновесия МИЦ может быть представлено в виде

Z₁Z₃=Z₂Z₄. (10.5­)

При комплексном характере Z1...Z4 из условия (10.5) вытекают модульное условие равновесия

|Z₁1.1Z₃| = |Z₂|.|Z₄| (10.6)

И фазовое условие равновесия

j₁+j₃=j_­2+j₄. (10.7)

Таким образом, в общем случае уравновешивание МИЦ требует, во-первых, наличия не менее двух регулируемых элементов, а, вторых, может быть достигнуто лишь при ограниченном числе 1-бинаций сопротивлений плеч по характеру R и X. Эти комбинации следуют из условия (10.7) и определяют правила построения и измерительных мостов, иллюстрируемые рис. 10.11.

Измерительные мосты характеризуются системой параметров регламентируемых ГОСТ 7165—78, ГОСТ 9486—79, ГОСТ 19876 – 81 и ГОСТ 25242 – 82. Определим такие специфичные параметры, как чувствительность и сходимость измерительных мостов. Чувствительность моста может быть определена по общему правилу (2.6) как S_M=Da/DZ. В зависимости от типа И можно конкретизировать выражение для S_М как

S_м=(Da/DI_и)* (DI_и/DZ)=S_иDI_и/DZ

Либо как

S_м=(Da/DU_бг)* (DU_бг/DZ)=S_иDU_бг/DZ,

гдe S_и=Da/DI_и — чувствительность И, измеряющего ток в индикаторной диагонали, а S_и = Da/DU_бг — чувствительность И, измеряющего напряжение между точками б и г (см. рис. 10.10). В обоих случаях

S_м=S_иS_МИЦ, (10.8)

где S_МИЦ=DI/DZ и S_МИЦ=DU_бг/DZ – чувствительность МИЦ соответственно по току и напряжению.

Рис. 10.11. Схемы, иллюстрирующие правила построения мостов:

а —типа ME и МЕП; б —типа МИ и МИП; в — типа МИЕ и МИЕП.

Из (10.8) видны пути повышения чувствительности измеритель­ных мостов: проектирование МИЦ с максимальным значением S_Миц и применение высокочувствительных И. В теории мостовых схем доказывается, что максимальную чувствительность имеют симмет­ричные МИЦ, у которых Z₁ = Z₂ и Z₃ = Z₄. Частным случаем симметричных МИЦ являются равноплечие МИЦ, когда Z₁=Z₂=Z₃=Z₄.

Сходимость характеризует способность моста приходить к состоянию равновесия путем большего или меньшего числа регулировок его элементов. Хотя это число, согласно (10.6) и (10.7), в принципе равно двум, но на практике оно больше, так как изменение сопротивления любого плеча одновременно влияет и на модульное, и на фазовое условия равновесия. Необходимы, таким образом, поочередные переходы от регулировки одного элемента к регулировке другого. Число этих регулировок и определит быстроту достижения равновесия методом последовательных приближений.

Измерительные мосты имеют весьма обширную классификацию, регламентируемую перечисленными выше стандартами. Прежде всего они классифицируются по типу источника питания на мосты постоянного и переменного тока. В зависимости от количества плеч МИЦ различают четырехплечие и многоплечие мосты. Для мостов переменного тока дополнительным классификационным признаком является структура Z1...Z4. Она определяет прежде всего степеньуниверсальности моста, и по этому признаку выделяют мосты типов ME (для измерения С), МИ (для измерения L), МИЕ (для измерения С и L), МЕП (для измерения С и tgd), МИП (для измерения L и Q) и МИЕП (универсальные). Далее выделяют мосты с индуктивно-связанными плечами (трансформаторные мосты), Т-образные мосты и компенсационно-мостовые измерительные схемы, объединяющие функции измерительных мостов и компенсаторов (см. § 3.5.2). Для расширения пределов измерений, кроме обычных (одинарных) мостов, применяют так называемые двойные и одинарно-двойные мосты. Наконец, по способу уравновешивания МИЦ различают мосты с ручным уравновешиванием и автоматические.

Принципиальным достоинством измерительных мостов всех, перечисленных видов является высокая точность измерения параметров ДП, характерная для приборов сравнения. В частности, мосты постоянного тока могут иметь классы точности 0,001; 0,002; 0,005; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 2 и 5. Классы точности мостов переменного тока образуют часть этого ряда, начинающуюся со значения 0,01. Рассмотрим широко применяемые в практике электрорадиоизмерений виды мостов.