Измерительный мост
Измерительный мост
Измерительный мост широко применяется во многих отраслях промышленно-хозяйственного комплекса России нескольких видов (в частности, в электротехнических и радиоэлектронных производствах). Еще в 1970-х гг. была принята классификация измерительных мостов такого вида:
1) измерительный мост уравновешиваемый;
2) измерительный мост постоянного тока;
3) измерительный мост полного сопротивления;
4) измерительный мост частоты;
5) измерительный мост индуктивности;
6) измерительный мост переменного тока (мост измерительный Вина);
7) измерительный мост емкостный;
8) измерительный мост декадный;
9) измерительный мост нелинейных искажений;
10) измерительный мост Нернста—Хагена;
11) измерительный мост неуравновешенный;
12) измерительный мост реохордный и т. д.
Измерительный мост уравновешиваемый представляет собой соединение четырех полных сопротивлений, при этом путем изменения как минимум одного из четырех сопротивлений (так называемых плеч) мостовая уравновешивается, т. е. выходная величина на выводах делителей напряжения обращается в нуль. В зависимости от типа схемы различаются условия равновесия моста, обеспечивающие это состояние, причем положение равновесия контролируется посредством нуль-органа.
Измерительный мост постоянного тока – мост измерительный, работает на постоянном токе. Такие мосты используются в измерительной, управляющей и регулирующей технике для измерения неэлектрических величин, которые могут быть преобразованы в постоянное или переменное значение сопротивления.
Измерительный мост полного сопротивления – мост измерительный переменного тока для измерения полных сопротивлений. В зависимости от преобладающей реактивной части сопротивления различают емкостные и индуктивные измерительные мосты. Комбинированные измерительные мосты для измерения различных электрорадиоэлементов часто также называют измерительными мостами полных сопротивлений.
Измерительный мост частоты является примером, работающим на переменном токе, предназначен для измерения частоты. В мостах измерительных переменного тока для измерения частоты в качестве рабочего используется напряжение измеряемой частоты. Процесс измерения в данном случае заключается в подборе отдельных элементов мостовой схемы, а уравновешивание достигается при условии равенства значений измеряемой и собственной частоты моста. При таких измерениях используются обычно две схемы: измерительный мост Вина—Робинсона и мост измерительный резонансного типа.
Измерительный мост индуктивности является измерительным мостом полных сопротивлений, предназначен для измерения индуктивности. Различные типы мостов измерительных индуктивных применяются для измерения собственной индуктивности и добротности катушек и индуктивно связанных цепей, а также для измерения взаимной индуктивности и коэффициента связи соответствующих цепей.
Измерительный мост переменного тока – мост измерительный, работающий на переменном токе. Такой мост позволяет измерять сопротивление, частоту или какие-либо искажения. Выполнение условий равновесия измерительного моста контролируется нуль-индикатором переменного тока. Частота рабочего или измерительного напряжения в зависимости от данного практического случая может быть различной. Она может находиться в пределах от 50 Гц до 5 кГц. На практике во многих случаях используется кГц. С увеличением частоты растет влияние паразитных связей между различными цепями моста и взаимодействия с внешней средой. С этим борются с помощью высокоомной изоляции, бифилярных кабельных линий, выполнением специальных требований при конструировании, а также непосредственным или косвенным заземлением и экранированием.
Измерительный мост емкостный представляет собой измерительный мост полных сопротивлений для измерения емкости. Мосты измерительные емкостные конструируют таким образом, что они используются исключительно для измерения емкости и коэффициента потерь конденсаторов и других устройств емкостного характера.
Измерительный мост декадный – такой мост измерительный, у которого отношения плеч имеют неизменные значения, а для уравновешивания моста применяется образцовое сопротивление, регулируемое малыми ступенями. У моста измерительного декадного (в отличие от реостатного моста) отношение плеч b = R3R4 во время измерений постоянно. Изменение диапазона измерений осуществляется варьированием старших декад. Уравновешивание данного моста осуществляется регулировкой сопротивления RN до тех пор, пока индикатор не покажет нуль. Во многих случаях образцовое сопротивление выполняется в виде декад сопротивлений, на которых с учетом отношения плеч моста значение неизвестного сопротивления RX считывается в цифровой форме:
RX = bRN
Измерительный мост нелинейных искажений
Измерительный мост нелинейных искажений представляет собой мостовую измерительную схему для измерения коэффициента гармоник.
Принцип действия данного прибора основан на сравнении эффективного значения совокупного сигнала (основная и высшие гармоники) U с эффективным значением высших гармоник U0. Для этого мостовая уравновешивается по основной гармонике, вследствие чего основная гармоника не создает разности потенциалов между точками А и В, тогда как напряжение высших гармоник U0 вызывает большое рассогласование мостовой схемы.
При этом коэффициент нелинейности искажений определяется соотношением:
На практике прибор снабжают переключателем, выставляют при помощи делителей напряжения одинаковые значения напряжений. Полученное при этом отношение плеч делителей напряжения принимают за значение коэффициента гармоник.
Измерительный мост Нернста—Хагена
Измерительный мост Нернста—Хагена представляет собой измерительный мост переменного тока, предназначен для измерения сопротивления гальванических элементов. Суть мостовой схемы заключается в соединении трех конденсаторов С3, С4 и СВ таким образом, чтобы на выходе гальванического элемента ток отсутствовал. Перемещением движка уравновешивающего потенциометра (переменного резистора) R2 добиваются минимальных показаний нуль-индикатора переменного тока. При этом получают отношение:
Измерительный мост неуравновешенный (или измерительный мост рассогласования) – мост измерительный, использующий комбинацию компенсационного метода измерений и метода оценки. Измерительный мост неуравновешенный может работать как на постоянном, так и на переменном токе, он предназначен для точной индикации отклонений (малых) сопротивлений в плечах моста от установленного номинального значения. Основной сферой применения такого моста является измерение неэлектрических величин, которые могут быть преобразованы в изменение сопротивления. Мост уравновешивается номинальным значением измеряемой величины, изменение которой вызывает рассогласование схемы. Нуль-индикатор данного моста непосредственно градуируется в единицах измеряемой величины.
Измерительный мост реохордный
Измерительный мост реохордный – мост измерительный, содержащий постоянное образцовое сопротивление и реохорд в качестве плеч мостовой схемы. Мост измерительный реохордный отличается от измерительного моста со ступенчатым уравновешиванием тем, что образцовое сопротивление в течение измерений имеет постоянное значение. Для изменения поддиапазона измерения это сопротивление варьируется подекадно. Сопротивления двух других плеч моста R3 и R4 выполнены из однородной резистивной проволоки, по которой перемещается вывод индикатора для уравновешивания моста. Положение скользящего контакта определяет отношение плеч моста:
Значение известного сопротивления RX получается путем умножения отношения плеч моста на значение образцового сопротивления RX = dRN. Измерительный преобразователь широко применяется во многих отраслях промышленно-хозяйственного комплекса России, и в частности в электротехнических и радиоэлектронных производствах. Измерительный преобразователь подразделяется по сфере применения и устройству на несколько видов:
1) измерительный преобразователь аналоговый;
2) измерительный преобразователь функциональный;
3) измерительный преобразователь цифровой и др.
Измерительный преобразователь аналоговый – преобразователь, осуществляющий преобразование входного аналогового сигнала в пропорциональный ему выходной сигнал (например, измерительный усилитель, трансформатор тока, трансформатор напряжения). Во многих случаях выходной сигнал из измерительного преобразователя приводится к стандартному виду. Измерительный преобразователь функциональный – средство измерения, предназначенное для преобразования измеряемой величины или другой величины, связанной с измеряемой функциональной зависимостью, к виду, пригодному для передачи, обработки и (или) запоминания. Выходная величина измерительного преобразователя функционального может сниматься как автоматически, так и непосредственно оператором (наблюдателем). Примером измерительного функционального преобразователя являются преобразователи измерительные аналоговый и цифровой, трансформаторы измерительные электрические.
Измерительный преобразователь цифровой – прибор, осуществляющий цифровую обработку сигнала, отличается от других преобразователей наличием цифрового сигнала на входе и (или) на выходе.
Большую группу составляют так называемые первичные измерительные преобразователи, к которым относятся:
1) измерительный преобразователь первичный электродинамический – первый элемент в измерительной цепи при измерении ускорения или косвенном измерении перемещения. Принцип действия такого прибора заключается в перемещении электрической катушки относительно магнита. При внешнем ускорении устройства возникает относительное движение катушки и магнита, вследствие чего в катушке индуцируется напряжение, которое по закону электромагнитной индукции пропорционально скорости изменения магнитного поля в катушке. Таким образом, мгновенное значение индуцированного напряжения есть мера ускорения. Путем компьютерной обработки выходного сигнала (в виде интегрирования) определяется значение измеряемой величины (перемещения или скорости). Подобные измерительные преобразователи первичные (электродинамические) применяются главным образом в системах автоматических производственных линий во многих отраслях машиностроения России;
2) измерительный преобразователь первичный пьезоэлектрический – первый элемент в измерительной цепи при измерении усилия. Данное устройство использует пьезоэлектрический эффект, заключающийся в возникновении электрического напряжения между двумя пластинками из определенных материалов (например, турмалина, кварца) при прикладывании к ним внешнего усилия. Это напряжение пропорционально усилию. Вследствие нестабильности явления во времени применение пьезоэлектрических первичных измерительных преобразователей целесообразно при динамических нагрузках;
3) измерительный преобразователь омический первичный (резистивный) – первый элемент в измерительной цепи при измерении перемещения. В этом устройстве преобразование длины (перемещения) в электрическую величину (ток, напряжение, сопротивление) осуществляется на основе пропорциональной зависимости омического сопротивления линейного проводника от его длины. Измерительный преобразователь омический первичный применяется главным образом при невысоких требованиях (производственного характера) в условиях статических измерений, а при более высоких требованиях используются омические преобразователи, выполненные в виде тензометрических преобразователей;
4) измерительный преобразователь емкостный первичный – первый элемент в измерительной цепи при измерении перемещения. Данный вид измерительного преобразователя представляет собой конденсатор с пластинчатыми или цилиндрическими электродами, расстояние между которыми может изменяться. Пропорциональность между емкостью конденсатора и межэлектродным зазором облегчает переход от длины (т. е. перемещения) к электрической величине. Изменение емкости измеряется с помощью мостовой емкостной схемы. Преобладающее распространение во многих современных отраслях промышленного производства с автоматизированными системами управления получила дифференциальная конструкция емкостного первичного измерительного преобразователя;
5) измерительный преобразователь индуктивный первичный – первый элемент измерительной цепи при измерении перемещения. Принцип работы такого устройства основан на том, что индуктивность электрической катушки пропорциональна ее магнитному сопротивлению. Ее изменение (например, путем изменения воздушного зазора в магнитопроводе) определяется измерительным индуктивным мостом. В зависимости от конструкции различают измерительные преобразователи с поперечным и втяжным (продольным) якорем;
6) измерительный преобразователь термоэлектрический первичный – измерительный преобразователь для электрического измерения температуры. К термоэлектрическим первичным измерительным преобразователям относятся термоэлементы (термопары) и термосопротивления (термисторы). Данные измерительные преобразователи широко применяются во многих отраслях промышленно-хозяйственного комплекса России, и прежде всего в производствах с автоматизированными системами управления, причем с подключением к локальной компьютерной сети.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.