Мостовые схемы измерителей параметров элементов

Что такое измерительный мост?

Как пример, объясняющий электросхему моста, возьмём терморезистор или термометр. В таких системах механизм ставят в одной ветви схемы. Можно провести аналогию с аптечными весами. Разница только в том, что мост — электрическое устройство.

Рычажные весы и приборы с мостовой схемой действуют компенсационным способом. Величина тока в по Уинстону есть разница между сопротивлениями — чем она выше, тем обширнее протекает электрический ток. При изменении разности меняется и количество электрических зарядов.

Это свойство применяют в различных системах и приборах контроля. Точность замеров достигается за счет изменения сопротивления. Во время измерения электричества, проходящего через измерительный мост постоянного тока, обнаруживаются любые изменения физической величины сопротивления.

Чарльз Уитстон (Витстон)

Сэр Чарльз Уитстон (англ. Sir Charles Wheatstone; 1802—1875) — английский физик, автор многих изобретений.

Предложил мостовой метод электрических измерений. Так называемый мост Витстона (Уитстона) служит основой современных гальванометров. Витстонов мостик балансирует измеряемые токи таким образом, что становится возможным измерение колебаний этих токов.

АИМ-90 испытательная установка для определения пробивного напряжения трансформаторного масла и других жидких диэлектриков, работающих в качестве изолятора в высоковольтных установках. Цена: 105000 руб. ПОИСК-М бытовой дозиметр–детектор для использования измерения мощности эквивалентной дозы (МЭД) гамма-излучения по цифровому табло в микрорентгенах в час. Дипазон измерений: 0-999 мкР/ч. Цена: 2500 руб. МП 1 многоцелевой ручной мультиметр для измерения постоянного и переменного напряжений, сопротивления постоянному току, силы постоянного и переменного токов. Измерение в диапазоне частот 20 Гц-20 кГц. Цена: 3805 руб.
ПЦ 6806-03 — Измерительный преобразователь цифровой выполняет следующие функции: измерение тока, напряжения, частоты сети, активной и реактивной мощности по каждой фазе. Щитовые электроизмерительные приборы

Г4-154 — Генератор, 50 МГц, нижний предел 100 кГц, режимы АМ/ЧМ, погрешность 0,01, 0,1В/50Ом. Измерители электрических величин

ОМЦ-200 — Полоса пропускания до 200 МГц, частота дискретизации 200 МГц, коэффицент усиления 2 мВ/дел – 50 В/дел, коэффицент развертки 2,5 нс/дел – 50 с/дел, режим регистратора, режим ZOOM, большой черно-белый ЖК дисплей, противоударное исполнение, масса 1, 8 кг. Осциллографы А-КИП

AMB 4 /10M/ — Сдвижнные вкладыши AMB xS, производитель AVC Industrial Corp. Аксессуары для кабелей

Принцип работы моста Уитстона

Мостовая схема Ч. Уинстона состоит из 2-х плеч. В каждом 2 резистора. Соединяет 2 параллельные ветви еще одна. Ее название – мостик. Ток проходит от клеммы с минусом к верхнему пику мостовой схемы.

Разделившись по 2 параллельным ветвям, ток идёт к положительной клемме. Величина сопротивления в каждой ветви непосредственно влияет на количество тока. Равное сопротивление на обеих ветвях говорит о том, что в них течет аналогичное количество тока. В таких условиях мостовой элемент уравновешен.

Если в ветвях неравное сопротивление, ток в электросхеме начинает движение от ветви с высоким уровнем сопротивления к ветви с наименьшим. Так продолжается, пока 2 верхних элемента цепей остаются равны по своей величине. Аналогичное положение резисторы имеют в схемах, которые используют в системах контроля и измерения.

Для измерения электрического сопротивления имеется два варианта использования моста Уитстона:

• Определение абсолютного значения сопротивления путем сравнения с известным сопротивлением.
• Определение относительных изменений сопротивления.

Последний вариант используется в отношении тензометрических методов измерения. Он позволяет с большой точностью определить относительные изменения сопротивления тензодатчика в распространённом диапазоне от 10 -4 до 10 -2 Ом / Ом.

На изображении ниже показаны две разные иллюстрации моста Уитстона: на рисунке а) обычное изображение ромба, в котором используется мост Уитстона; на рисунке b) располагается изображение все той же электрической схемы, но более понятное для новичка.

Четыре ветви мостовой схемы образованы сопротивлениями от R 1 до R 4 . Угловые точки 2 и 3 обозначают соединения для напряжения возбуждения моста V s . Выходное напряжение моста V 0 , то есть сигнал измерения, доступно в угловых точках 1 и 4.

Общепринятого правила обозначения компонентов моста и соединений не существует. В популярной литературе есть всевозможные обозначения, и это отражено в уравнениях моста. Поэтому важно, чтобы обозначения и индексы, используемые в уравнениях, учитывались вместе с их положением в мостовых схемах, это поможет избежать путаницы.

Если напряжение питания V s приложено к точкам питания моста 2 и 3, то напряжение питания делится на две половины моста R 1 , R 2 и R 4 , R 3 как отношение соответствующих сопротивлений моста. , т. е. каждая половина моста образует делитель напряжения.

Мост может быть разбалансирован из-за разницы напряжений и электрических сопротивлений на R 1 , R 2 и R 3 , R 4 . Это можно рассчитать следующим образом:

если мост уравновешен и

где выходное напряжение моста V 0 равно нулю.

При заданной деформации сопротивление тензодатчика изменяется на величину ΔR. Это дает нам следующее уравнение:

Для измерения деформации сопротивления R 1 и R 2 в мосте Уитстона должны быть одинаковыми. То же самое относится к R 3 и R 4 .

С помощью нескольких упрощений можно вывести следующее уравнение:

На последнем этапе расчета ΔR / R необходимо заменить следующим:

Здесь k – коэффициент k тензодатчика, ε – деформация. Получаем следующее:

Уравнения предполагают, что все сопротивления в мосту изменяются. Обозначения, такие как: четверть моста, полумост, двойная четверть или диагональный мост и полный мост, являются обычными.

Хотя для обозначения таких схем используются вышеупомянутые определения типа: “полумост” или “четверть моста”, на самом деле они не совсем корректны. Фактически, цепь, используемая для измерения, всегда является полной и полностью или частично формируется тензометрическими датчиками. Затем они дополняются постоянными резисторами, которые встроены в измерительные приборы.

Весовые терминалы обычно соответствуют очень строгим требованиям к точности. Поэтому, в отличие от экспериментальных измерительных приборов, весовые преобразователи всегда должны иметь полную мостовую схему с активными тензодатчиками на всех четырех плечах.

В случае, если необходимо устранить различные помехи и факторы препятствующие измерению, полномостовые или полумостовые схемы используются для анализа нагрузки. Важным условием является четкое различение напряжений и сил, таких как сжатие или растяжение, а также изгибающие, сдвиговые или скручивающие силы.

В таблице ниже показана зависимость положения тензометрических датчиков, типа используемой мостовой схемы и результирующего коэффициента моста B для нормальных сил, изгибающих моментов, крутящего момента и температуры. В небольших таблицах, приведенных для каждого примера, указан коэффициент моста B для каждого типа влияющей величины. Эти уравнения используются для вычисления эффективного напряжения от выходного сигнала моста V O / V S .

В примерах 13, 14 и 15 для измерения крутящего момента предполагается цилиндрический вал. По причинам, связанным с симметрией, допускается изгиб в направлении X и Y. Такие же условия действуют и для стержней с квадратным или прямоугольным поперечным сечением.

Пояснения к символам:

Разновидности

1. Небольшие сопротивления измеряются посредством прибора Кери Фотера. Можно узнать разницу между противодействиями больших значений.
2. Еще один тип – делитель Кельвина-Варлея. Применяется в приборах лабораторного оборудования. Максимальная измеряющая способность, зафиксированная этим делителем напряжения, достигает 1,0*10-7.
3. Мост Кельвина, который в некоторых странах называют именем Томсона, предназначен для замера неизвестных сопротивлений небольших величин (меньше 1 Ом). По принципу работы похож на одинарный мост Уинстона. Разница лишь в наличии дополнительного сопротивления, снижающего погрешности в измерении, которые появляются в результате падения напряжения в одном из плеч.
4. Еще один тип – мост Максвелла. Измеряет низкодобротную индуктивность неизвестной величины.

Схемы измерительных мостов

Измерительные мосты переменного тока делят на 2 группы: двойные и одинарные. Одинарные имеют 4 плеча. В них 3 ветви создают цепь с 4 точками подключения.

В диагонали моста есть электромагнитный гальванометр, показывающий равновесие. В другой диагонали моста действует источник постоянного питания. Измерения могут происходить с погрешностями, которые зависят от их диапазона. По мере роста сопротивления чувствительность прибора уменьшается.

Двойной мост называют шестиплечим. Его плечи – измеряемое сопротивление (Rx), резистор (Ro) и 2 пары дополнительных резисторов (Rl, R2, R3, R4).

Основные технические характеристики прибора ММВ:

5 диапазонов: 0,05-5 Ом, 0,5-50 Ом, 5-500 Ом, 50-5000 Ом, 500-50000 Ом.

Индикатор имеет следующие пять диапазонов измерений: от 0,05 до 5 Ом; от 0,5 до 50 Ом; от 5 до 500 Ом; от 50 до 5000 Ом; от 500 до 50000 Ом.

Основная погрешность ММВ показаний индикатора на средней о шкалы реохорда не превышает ±2,0% и по обе стороны от нее до о и «20» не превышает ±5,0% от действительного значения измеряемого сопротивления при следующих положениях переключателя: «xl»; «х10»; «х100», в остальных случаях основная погрешность не превышает ±15%. В положении переключателя кратности «х0,1» на о и «1» основная погрешность не нормируется. Время успокоения подвижной части гальванометра не более 4 с. Положение индикатора — горизонтальное.

Габаритные размеры индикатора не более 201 x 111 x 65 мм. Масса индикатора без источников питания не более 1,1 кг.

Где используют измерительный мост Уитстона?

Измерительные элементы применяют в работе с кабельными линиями из металла. Они позволяют нейтрализовать постороннее влияние для более эффективной локализации дефектов. Гарантированы высокоточные результаты в рамках диапазона измеряемых величин.

С помощью мостовой схемы Уитстона можно вычислить сопротивление изменяющегося элемента. Схемы используют в конструкциях электронных весов, электронных термометров и терморезисторов.

Среди промышленных образцов широко известны приборы с ручной калибровкой равновесия:

• ММВ – измеряет сопротивление проводника постоянного напряжения;
• Р333 – схема одинарного моста, с помощью которой выявляется поврежденный участок кабеля.

Общее описание ММВ Мост постоянного тока

Мост Уинстона переносной линейный ММВ предназначен для технических измерений сопротивления постоянному току.

Основные технические характеристики прибора ММВ:

5 диапазонов: 0, 05-5 Ом, 0, 5-50 Ом, 5-500 Ом, 50-5000 Ом, 500-50000 Ом.Возможная замена: Р3043, ХН 2570

Сделать заказ на оборудование Вы можете как с помощью нашего сайта, так и по телефону. Забронировав данный товар и приехав за ним к нам в офис самостоятельно, Вы можете сэкономить на доставке.

Сопроводительная документация, инструкция по эксплуатации, руководство пользователя для ММВ находятся на нашем сайте etk-elcom.ru (www.etk-elcom.ru) в разделе «Техническая документация».

Если у вас остались вопросы, в том числе по поводу цены — не стесняйтесь и обращайтесь к нам.