моста по напряжению при этом может быть определена из выражения

и т 1 (1 + mf

Максимальная чувствительность в этом случае получается при т= I.

В уравновешенных мостах источник питания и индикатор могут меняться местами включения без нарушения условия равновесия, однако чувствительность моста при такой перемене сохраняется только в случае равноплечего моста {Rx = Rs= Rs-= R.

В неравноплечем мосте для получения наибольшей - чувствительности необходимо меньшие сопротивления включать по одну сторону диагонали источника Питания, а большие - по другую. Невыгодное включение индикатора в случае большой разницы в сопротивлениях плеч может существенно понизить чувствительность моста (в 10-20 раз). Точность измерения с помощью балансируемого моста может быть очень высокой (до 0,01%).

Неравновесный мост. В неравновесном мосте разбаланс, появляющийся при изменении сопротивления одного из его плеч (датчика), не устраняется. Ток в измерительной диагонали моста, характеризующий величину разбаланса, а следовательно, и изменение входной неэлектрической величины датчика измеряется прибором (измерителем), шкала которого градуируется в единицах измерения неэлектрической величины.

Анализ чувствительности неравновесного моста в общем виде связан со значительными трудностями и представляет интерес только для конкретных случаев включения элементов моста.

В табл. 19-13 приведены схемы с различным включением датчика в качестве элемента моста и соответствующие этому включению формулы для определения тока в измерителе и относительной чувствительности схем. В схемах моста, приведенных в табл. 19-13, места включения изменяемых сопротивлений обозначены i?o+ R к Rq - AR, а неизменяемых Ro- Обозначение Rq-AR указывает на то, что изменение сопротивления этого плеча аналогично изменению сопротивления, обозначенного Rq- ф- AR, знаки же этих изменений противоположны, т. е. в одном плече сопротивление увеличивается на AR, а во втором уменьшается на AR.

Точность измерения с помощью неравновесного моста не превышает 0,5%. Шкала моста при условии AR < R достаточно линейна для практических целей.

Мостовая схема на переменном токе

Измерительная мостовая схема, питающаяся от источника переменной э. д. с, называется мостом переменного тока. Все основные соотношения в этом случае остаются такими же, как и для моста-постоянного тока, при условии замены в них величин активных сопротивлений плеч моста полными сопротивлениями.

Условие баланса моста определяется соотношением

2з

или

lll Z4= IZJ IZ3I

Ф1 + Ф4 = Фз + Ф2

где Z - полное сопротивление плеча, модуль которого

\z\ = Yr + х\

Таблица 19-13

Чувствительность неравновесной мостовой схемы при различном включении датчиков

Тип схемы

Ток через измерительный прибор

4 (-Rh + ?о)

Условная чувствительность

2 {.Rvi + R)

Rq+uR

R-uR

2{R + Ro)

Rn-AR

. R - активная составляющая сопротивления;

X - реактивная составляющая сопротивления;

Фк Фг. Фз. Ф4 ~ фазовые сдвиги соответствующих сопротивлений.

Чувствительность моста переменного тока может быть подсчитана по следующему выражению:

и

Сигналы рассогласования, снимаемые с измерительной диагонали моста переменного тока, требуют значительного усиления.

19-7]

Измерительные цепи

Дифференциальные измерительные цепи

Дифференциальная измерительная цепь представляет собой электрическую цепь, состоящую из двух смежных контуров, в каждом из которых действует отдельная э. д. с. В общую для обоих контуров ветвь включается индикаторный прибор, реагирующий на разность действующих в контурах э. д. с. (при параллельном включе-ши контуров) или токов (при последовательном включении контуров). На рис. 19-19 приведены для сравнения мостовая и дифференциальная схемы.

ТППР 2U

\л1и

Рьс. 19-19. Измерительные схемы. а - мостовая схема; б - дифференциальная схема.

Если и 1= и2 = и К < Z, а датчик, включенный в один из контуров, изменяет свое сопротивление на Д2, то чувствительность дифференциальной схемы по току определяется выражением

Ьц/- (2 + 22и)2 а по напряжению (при условии Zh > Z)

5ц(7 =

и

Для случая Zi = Zg = const напряжение разбаланса на приборе определяется вырансением

ДС/и =-7 -

2и

При Z 1 > Z

ДС/и =

Чувствительность дифференциальной цепи выше, чем у мостовой.

Дифференциальные схемы используются преимущественно на переменном токе при измерении параметров электрических цепей (сопротивления, емкости, индуктивности, взаимной индуктивности, частоты), а также при измерении механических величин с помощью проволочных, индуктивных и емкостных датчиков. При использовании соответствующих датчиков дифференциальная схема может быть применена и на постоянном токе.

Достоинством дифференциальных цепей, использующих нулевой (балансный) метод измерейий, является независимость результата измерения от величины питающего схему тока или напряжения.

Компенсационные цепи

Принцип работы компенсационной цепи основан на уравновешивании измеряемой э. д. с. (напряжения) равным и противоположным по знаку напряжением, величина которого с достаточной точностью может быть определена (рис. 19-20). Равенство измеряемого и компенси-

Рис. 19-20. Компенсационная схема.

рующего напряжений устанавливается по нуль-индикатору НИ.

При компенсационном методе энергия от источника измеряемого напряжения не потребляется, поэтому измерения могут быть произведены с высокой степенью точности.

Уравновешивание схемы может осуществляться вручную или автоматически (автокомпенсационная схема). Условие компенсации схемы на рис. 19-20 имеет следующее вьшажение:

Ex=Uo= IRo

При / = const Ex пропорционально Ro, т. е. при линейном сопротивлении (реохорда) измеряемое напряжение пропорционально расстоянию между движками а и б.

Чувствительность компенсационной схемы определяется как отношение изменения тока в нулевом гальванометре Д/и к изменению измеряемого напряжения ДЕ.:

Максимальная чувствительность будет при полностью сдвинутых и максимально раздвинутых движках а и б.

Колебательный коитур как измерительная цепь

Если в колебательном контуре заменить его элементы соответствующими датчиками (емкостным или индуктив-

.0=-

Рис. 19-21. Колебательный контур как измерительная схема.

ным), то ОН может быть использован в качестве измерительной цепи (рис. 19-21), преобразующей изменение выходной величины датчика в изменение амплитуды напряжения на контуре (за счет расстройки).

Чувствительность такой измерительной цепи зависит от выбора начальной точки (частоты) в пределах резонансной кривой контура. Максимальная чувствительность будет на уровне 0,607 резонансного значения напряжения, снимаемого с контура. Чувствительность увеличивается с увеличением добротности контура.

Для измерения напряжения на контуре может исполь-. зоваться ламповый вольтметр или обычный амплитудный детектор с индикаторным прибором на выходе.

Автогенератор как измерительная цепь

В качестве измерительных схем могут использоваться различного рода автогенераторные устройства. В этом случае отдельные элементы генератора, определяющие частоту генерируемых им колебаний, заменяются соответствующими датчиками.

Изменение выходной величины датчика будет вызывать изменение частоты колебаний на выходе автогенератора. Так, например, в генераторе синусоидальных колебаний отдельные элементы колебательного контура L и С могут быть заменены частично или полностью соответственно индуктивным или емкостным датчиком. В мультивибраторе или блокинг-генераторе частота генерируемых импульсов определяется величинами R и С, которые также могут быть заменены соответствующими датчиками.

В табл. 19-14 приведены чувствительности измерительных схем, выполненных в виде трех типов автогенераторных устройств; генератора синусоидальных колебаний, мультивибратора и блокинг-генератора.

Таблица 19-14

Чувствительность автогенераторных измерительных цепей

Примечание. Символ f означает частоту генерируемых колебаний при условии, что изменение преобразуемой величины ва входе датчика равно нулю.

Частота колебаний на выходе автогенераторного устройства может быть измерена любым из известных методов (осциллографический, метод сравнения, резонансный, гетеродинный волномер и др.).

Фазовая измерительная цепь

На рис. 19-22, а представлена фазосдвигающая цепь RC, нагружающая источник переменной э. д. с. (вторичную обмотку трансформатора). Если изменять

величину R или С, то выходное напряжение /ых, оставаясь постоянным по амплитуде, будет изменять сюю фазу (О-180°) по Отношению к напряжению источника питания Ux.2- Приведенная схема может быть использована как измерительная цепь, если вместо R или С включить соответствующий датчик. Выходной величиной такой схемы будет фаза переменного напряжения (рис. 19-22, б).

Рис. Г9-22. Фазовая измерительная цепь.

Зависимость фазы tp от соотношения величин R к С определяется выражением

2XcR

81Пф =

где

Измерить величину фазового сдвига можно с помощью фазового детектора, одна из схем которого приведена на рис. 19-23. Дополнительная цепочка R.Cg и правый

rv-- Ot

50гц 0-

И

С. .\ШС

RISk

Hi То,з

Рис. 19-23. Схема электрического прибора для измерения неэлектрической величины, использующего фазовую измерительную цепь и фазовый детектор.

(ПО схеме) триод лампы служат для балансировки схемы. Детектор не требует источника постоянного напряжения и работает от сети переменного тока ьО гц.

Напряжение на выходе фазового детектора при условии, что на его входе включена указанная выше фазосдвигающая цепь, определится выражением

вых-2Ш„,

где k f=J 0,25 - коэффициент преобразования фазового детектора.