Мостовые измерительные схемы реферат

Обновлено: 02.07.2024

В системах автоматики сигналы управления зависят от различных неэлектрических и электрических величии, характеризующих данный производственный процесс. Информация об этих величинах должна быть получена от датчика и сформирована в виде некоторого сигнала. Наиболее удобно использовать электрический сигнал. По сравнению с другими сигналами (например, механическими, пневматическими, световыми, звуковыми) электрический сигнал обладает целым комплексом преимуществ: возможностью передачи на большие расстояния, простотой преобразования и усиления, возможностью ввода в ЭВМ. Поэтому электрические методы измерения неэлектрических величин получили широкое распространение.

Тип измерительной схемы определяется датчиком. Измерительная схема в общем случае включает в себя источник питания, уравновешивающее устройство и вспомогательные датчики для компенсации вредного влияния внешних факторов.

Электронный усилитель состоит из преобразовательного каскада, усилителя напряжения и усилителя мощности. В автоматических приборах применяют усилители переменного тока, обеспечивающие большую стабильность нуля.

Показывающее и записывающее устройство в общем случае состоит из шкалы указателя, лентопротяжного механизма и пишущего устройства.

В настоящее время для автоматического контроля и регулирования широко применяют приборы с нулевым методом измерения. В автоматических электронных приборах с использованием нулевого метода измерения в основном используются четыре вида измерительных схем:

- мостовые уравновешенные схемы;

- схемы с ферродинамическими датчиками.

Эти схемы мы и рассмотрим в реферате, чтобы выявить их особенности и сферы применения.

Компенсационные схемы

Компенсационный методизмерения заключается в уравновешивании, осуществляемом включением на индикатор равновесия либо двух электрически

Рисунок 1. Схема компенсации напряжений

не связанных между собой, но противоположно направленных напряжений или ЭДС, либо двух раздельно регулируемых токов. Компенсационный метод используют для непосредственного сравнения напряжений или ЭДС, тока и косвенно для измерения других электрических, а также неэлектрических величин, преобразуемых в электрические.

Применяют следующие схемы компенсации:

а) напряжений или ЭДС (рисунок 1);

б) электрических токов (рисунок 2).

Рисунок 2. Схема компенсации токов

Схема, показанная на рисунке 1, наиболее распространенная. В ней измеряемое напряжение U_x компенсируется равным, но противоположным по знаку известным напряжением U_K. Падение напряжения U_K создается током / на изменяемом по значению компенсирующем образцовом сопротивлении R_K. Изменение R_к происходит до тех пор, пока U_K не будет равно U_x. Момент компенсации определяют по отсутствию тока в цепи магнитоэлектрического гальванометра G; при этом мощность от объекта измерения не потребляется.

Компенсационный метод обеспечивает высокую точность измерения.

Компенсаторами или потенциометрами называют устройства, предназначенные для измерения методом компенсации напряжения или э.д.с., а также ряда других электрических величин, связанных с напряжением или э.д.с. с функциональной зависимостью (например, I, P, R, и др.).

Итак, компенсационные схемы используют для измерения напряжения, ЭДС, тока, а также неэлектрических величин. Они обеспечивают высокую точность измерений.

Мостовые уравновешенные схемы

В мостовых уравновешенных схемах неизвестное измеряемое сопротивление уравновешивается известным сопротивлением. Такие схемы применяются для измерения электрического сопротивления, ёмкости, индуктивности.

Мостовая схема или измерительный мост представляет собой мост Уинстона (рисунок 2.50), в одной диагонали (CD) которого находится источник постоянного или переменного напряжения, а во вторую измерительную диагональ (AB) включен измерительный прибор – амперметр или нуль-индикатор, т.е. прибор, сигнализирующий об отсутствии тока в цепи.

Мостовая схема характеризуется тем, что при определенном соотношении величин сопротивлений, входящих в плечи моста, ток в его измерительной диагонали будет равным нулю. Соотношение между сопротивлениями плеч, при котором достигается отсутствие тока в измерительной диагонали, называется условием равновесия моста. Это условие легко получить, если принять во внимание, что при отсутствии тока в диагонали CD потенциалы точек C и D равны и, следовательно, попарно равны и падения напряжения на сопротивления R1 и R3, R2 и R4. Отсюда вытекает, что в состоянии равновесия, т.е. при отсутствии тока в измерительной диагонали, значения сопротивлений в плечах моста должны удовлетворять условию:

Измерительный мост называется уравновешенным, если в исходном состоянии ток в его измерительной диагонали отсутствует.

В уравновешенном мосте произведения сопротивлений противоположных плеч равны.

С помощью уравновешенной мостовой схемы очень легко определить неизвестное сопротивление, включив его в одно из плеч моста. Пусть неизвестное сопротивление R_x, которое включено в плечо AD вместо сопротивления R2. Тогда при условии, что мост уравновешен и три оставшихся сопротивления в плечах моста нам известны, величина неизвестного сопротивления будет равна R_x =R1·R3/R4. Состояние равновесие может быть получено изменением величины одного из сопротивлений, например R1, или соотношения между двумя другими сопротивлениями, R3/R4. Условие достижение равновесия контролируется прибором в измерительной диагонали моста, который должен быть максимально чувствительным к малым измерениям тока, т.е. гальванометром.

Итак, мостовые уравновешенные схемы применяются для измерения электрического сопротивления, ёмкости, индуктивности.

Мостовые измерительные цепи ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Мостовые измерительные цепи

1. Понятие измерительный мост

Измерительный мост, позволяющий определять величину неизвестного электрического сопротивления, был изобретён британским учёным Самуэлом Кристи в 1833 году, и позже модернизирован и популяризирован другим британским учёным, Чарьзом Витстоном в 1843 году.

Измерительный мост устройство для измерения электрических величин: сопротивлений, ёмкостей, индуктивностей и т. д. методом сравнения с образцовой мерой. Выполнен по схеме мостовой цепи с гальванометром в качестве нуль-индикатора, включённым в диагональ моста. Принцип действия измерительного моста основан на особенности работы мостовой цепи: разность потенциалов в точках С и D и, следовательно, ток через гальванометр в диагонали моста будут равны нулю при любых значениях ЭДС источника питания, если сопротивления плеч моста удовлетворяют равенству: Rx*R3=R2*R1. Измерительные мосты постоянного тока подразделяются на одинарные (4-плечие) — для измерения активных (омических) сопротивлений от 1 Ом — и комбинированные (одинарно-двойные) — для измерения сопротивлений в широком диапазоне. Измерительные мосты переменного тока служат для измерений ёмкости, индуктивности и т. д. Обычно их делают 4-плечими, реже 6-плечими. Различают измерительные мосты уравновешенные (наиболее точные), работа которых основана на нулевом методе, и неуравновешенные, в которых об измеряемой величине судят по показаниям измерительного прибора (гальванометра), проградуированного в соответствующих единицах (сопротивления, ёмкости, индуктивности и др.).

Рис. 1. Электрическая схема одинарного 4-плечего моста постоянного тока: Г — гальванометр; Е — источник питания моста; AС, CB, BD, DA — плечи моста; R1 (Rx) — измеряемое сопротивление; - калиброванные установочные сопротивления

2. Принцип работы мостовой схемы

Принцип работы мостовой схемы измерения продемонстрировано на рисунке 1, а способ ее применения на практике — на рисунке 2.

Сопротивление вычисляется исходя из полученного при балансировке моста соотношения, в качестве используется резистор с известным значением. Конечно, сказанное дает только самое общее представление об измерительной схеме моста. На самом деле он устроен гораздо сложнее — современные мосты создаются на основе цифровых процессоров. Микропроцессорное ядро позволяет автоматизировать процедуру измерения (в первых моделях оператор должен был пользоваться калькулятором, сегодня же все расчеты выполняются аппаратурой), обеспечить многофункциональность устройства (многие мосты интегрированы с другими измерительными приборами — мультиметрами, рефлектометрами и т. п. ), устранить помехи (посторонние постоянные и переменные напряжения почти всегда присутствуют на жилах кабелей), организовать дальнейшую обработку накопленных результатов измерений (хранение, обмен с компьютером, печать протоколов) и др.

Рассмотренный выше мост, используемый для измерения сопротивления, носит имя Уитстона (Wheatstone). Для подключения измеряемых цепей в нем применяются всего две клеммы (B и C). Более сложные схемы реализованы в двух других мостах — Муррея (Murray) и Купфмюллера (Kupfmuller) (рис. 3). Здесь измеряемые цепи подключаются с помощью трех клемм (A, B и C). В более сложных схемах Хилборна / Графа (Hilborn/Graf) задействуются четыре клеммы (A, B, B' и C). Смысл увеличения числа точек подключения станет понятен при рассмотрении схем измерения с применением мостов.

Еще один момент. Все упомянутые мостовые схемы используются для измерений при постоянном токе (определяются величины активных сопротивлений, подключенных к клеммам). Кроме того, мостовые схемы Уитстона и Муррея используются для измерений при переменном токе — определяются величины емкостей, подключенных к клеммам (рис. 4). В таких мостах источником напряжения служит генератор синусоидального напряжения.

3. Компенсационная и дифференциальная схемы

Существующие методы электрических измерений можно в основном разделить на два класса: непосредственной оценки и сравнения.

При непосредственной оценке измерительная схема выполняет лишь функции преобразования выходного сигнала датчика, например, усиливает его или согласует выходное сопротивление датчика с входным сопротивлением прибора. Этот метод прост, но применяется редко, так как ему свойственны значительные погрешности (особенно при изменении напряжения питания датчика).

Метод сравнения обеспечивает более высокие точность и чувствительность. При этом используются мостовые, дифференциальные и компенсационные схемы измерения.

Мостовые измерительные схемы применяют постоянного и переменного тока. Существуют мостовые схемы уравновешенные и неуравновешенные схемы. Уравновешенные мосты требуют ручной или автоматической балансировки, в то время как неуравновешенные мосты не требуют.

Уравновешенный мост представляет собой схему (Рисунок 34, а), состоящую из ромба, образуемого четырьмя сопротивлениями. Резисторы в схеме называют ветвями или плечами моста. Помимо этого в мостовую схему включены источник тока со своим сопротивлением и измерительный прибор с сопротивлением Rnp. В четырехугольнике также есть две диагонали, в одну из которых включен миллиамперметр, а в другую — источник тока. Для подстройки моста одно плечо () является переменным сопротивлением.

Закон уравновешенного моста: произведение сопротивлений противолежащих плеч должны быть равны.

Если необходимо вычислить неизвестное сопротивление датчика, то можно включить его в одно из плеч моста, вместо резистора R4· и воспользоваться формулой:

Ток в диагонали моста, содержащей измерительный прибор, через напряжение питания:

Основной характеристикой любой схемы является ее чувствительность. Она определяется как отношение приращения тока в измерительной диагонали? Inp к вызвавшему его изменению сопротивления одного из плеч моста:

где ?Inp — результирующий ток в диагонали моста, содержащей измерительный прибор, A; U — напряжение питания, В; М — входное напряжение, В.

Неуравновешенный мост представляет собой схему (Рис. 6), состоящую из ромба, образуемого четырьмя сопротивлениями. Помимо этого в мостовую схему включены источник тока со своим сопротивлением и измерительный прибор с сопротивлением. Для подстройки моста одно плечо () является переменным сопротивлением.

В качестве измерительного прибора в неуравновешенных мостах используются амперметры (так как токи невелики, то обычно милии микроамперметры). Неуравновешенный мост подчиняется тем же законам, что и уравновешенный.

Рис. 6. Неуравновешенная

4. Примеры измерительных приборов на базе измерительных цепей

Мостовой прибор-измеритель ПКМ-4МЦ Назначение:

Прибор кабельный малогабаритный мостовой ПКМ-4МЦ предназначен для измерения параметров и обнаружения неисправностей кабельных и воздушных линий связи в стационарных и полевых по схеме автоматического уравновешенного моста постоянного / переменного тока.

Электрическое сопротивление шлейфа.

Электрическое сопротивление изоляции.

Емкостную асимметрию (качественная оценка).

Относительное расстояние до места понижения изоляции (Метод Муррея, Купфмюллера).

Относительное расстояние до места обрыва жилы.

Прибор вычисляет и выводит результат в метрических единицах:

Расстояние до места понижения электрического сопротивления изоляции.

Расстояние до места перепутывания жил.

Расстояние до места обрыва жил.

Прибор мостовой, ПКМ-4МЦ используется для проведения измерений на симметричных высокочастотных и низкочастотных кабельных линиях связи, а также для измерений на многожильных (больше двух проводов) силовых кабелях как медных, так и алюминиевых. Основное применение — строительство и эксплуатация кабельных линий ["https://referat.bookap.info", 20].

Прибор контроля кабелей ПКК-1

Измерение параметров коаксиальных и симметричных кабелей, определение мест повреждения или снижения изоляции при сопротивлении шлейфа от 10 до 5000 Ом на кабельных и воздушных линиях связи в полевых и стационарных условиях.

Строительство и эксплуатация линий связи.

Особенности изделия Пылеи брызгозащищенный пластмассовый корпус.

извлечение из памяти прибора типов и характеристик наиболее часто применяемых кабелей;

введение

автоматические вычисления измеряемых параметров;

В приборе реализуется:

управление прибором и ввод информации осуществляются с помощью клавиатуры;

отображение меню, режимов, параметров и результатов измерений на графической ЖК-панели емкостью 128×128 пикселей;

наличие энергонезависимой памяти с возможностью запоминания до 128 состояний.

5. Мост Уитстона

Рис. 8. Схема измерительного моста Уинстона Мост Уитстона (измерительный мост), электрическая цепь, используемая для измерения сопротивления; названа по имени Чарльза Уитстона. Состоит из четырех сопротивлений, соединенных квадратом, причем в одну диагональ включен источник питания (напряжение от батареи), а в другую — Гальванометр. Когда стрелка гальванометра не отклоняется (тока в диагонали нет), отношение величин одной смежной пары резисторов равно отношению величин другой пары. Регулируя отношение величин в одной паре (плавно двигая контакт вдоль проволоки, формирующей одно из сопротивлений смежной пары), можно вычислить неизвестное сопротивление одного из резисторов другой пары.

На схеме, ,, - плечи моста, AD — диагональ питания, CB — измерительная диагональ. представляет собой неизвестное сопротивление;, и - известные сопротивления, причём значение может регулироваться. Если отношение сопротивлений равно отношению сопротивлений, то разность потенциалов между двумя средними точками будет равна нулю, и ток между ними не будет протекать. Сопротивление регулируется до получения равновесия, а направление протекания тока показывает, в какую сторону нужно регулировать .

С помощью гальванометра момент равновесия можно установить с большой точностью, и если сопротивления, и имеют малую погрешность, то может быть измерено очень точно, ведь даже небольшие изменения вызывают заметное нарушение баланса всего моста.

Таким образом, если мост сбалансирован (ток через гальванометр, сопротивление которого можно обозначить как, равен нулю), эквивалентное сопротивление цепи будет:

в параллели с, то есть

6. Мост Томсона

Для измерения сопротивлений ниже 1 Ом используется двойной мост Томсона, схема которого показана на рис. 9.

Сопротивления и имеют по четыре выходные клеммы, а подбирается таким, чтобы ток через давал падение напряжения на нем минимум 0,5 В. При равновесии сопротивление определяется выражением

На практике значения выбирают такими, чтобы

при этом выражение (2.01) сводится к виду

Чтобы проверить выполнения условия, мост уравновешивается, а затем проводник R убирается, что не должно влиять на равновесие моста. Сопротивление R стремятся сделать как можно меньшим (он изготавливается их в виде короткого отрезка достаточно толстого медного провода или шины).

Сопротивления должны быть меньше 10 Ом каждое, чтобы влияние сопротивлений соединительных проводов и контактов было малым. Кроме того, оно может быть скомпенсировано путем шунтирования или сопротивлением большего значения и уравновешиванием моста без сопротивления R.

На практике сопротивление изменяется путем подключения добавочных сопротивлений, а - путем замены отводов, и регулируются одной ручкой, а и - другой, так что их отношения поддерживаются постоянными в соответствии. Чтобы исключить влияние термоЭДС, полярность источника питания меняется, как и в мосте Уитстона.

Двойной мост имеет погрешность менее 0,5% для сопротивлений в диапазоне 10 мкОм — 1 Ом. Он также может использоваться для измерений сопротивлений резисторов с двумя зажимами, так как образуют обычный мост Уитстона; погрешность при этом менее 0,02%.

С целью расширения пределов измерения в промышленных приборах двойные мосты совмещаются с одинарными. Погрешность моста зависит от пределов измерения.

7. Мост Шеринга

Мост Шеринга — измерительный мост переменного тока, предназначенный для измерения электрической ёмкости и тангенса диэлектрических потерь в диэлектриках на высоком напряжении. Назван по имени немецкого инженера и изобретателя этого устройства Х. Шеринга Мост Шеринга — это одинарный мост, имеющий четыре плеча, в одно плечо которого включается магазин емкостей и параллельно присоединённое к нему постоянное активное сопротивление, в противоположное плечо включается испытуемый объект, условно обозначаемый параллельным соединением ёмкостного и активного сопротивления в третье плечо включается магазин активных сопротивлений, в четвёртое — эталонный конденсатор. На одну диагональ подаётся переменное напряжение питания моста. К другой диагонали подключается нуль — индикатор. Мост Шеринга — это по сути мост Витстона, в котором активные сопротивления заменены комплексными активно — ёмкостного характера. С точки зрения схемотехники одинарные мосты — это комбинация двух делителей напряжения и нуль — индикатора, включённого между ними и рассматривая эту схем с этой точки зрения можно прийти к выводу, что при равенстве произведения комплексных сопротивлений двух противоположных диагоналей произведению двух других противоположных диагоналей на клеммах нуль — индикатора разность потенциалов будет равно нулю.

Z1-Z4 — комплексные сопротивления мостовой схемы.

Данное утверждение верно, если входное сопротивление нуль — индикатора очень велико, в идеале — равно бесконечности. При конечном входном сопротивлении нуль — индикатора последний будет вносить погрешность в измерительную схему, что необходимо учитывать. Приведение моста в состояние, при котором нуль — индикатор покажет нулевое значение называется балансировкой моста.

8. Мост Муррея

Мост Муррея (Murray) обеспечивает возможность измерения разности сопротивлений в двух плечах. Так, например, измеряют асимметрию при постоянном токе (рис. 11), которая оценивается относительной величиной разности сопротивлений жил. Из рисунка хорошо видно, что именно она и будет определена посредством моста Муррея. Асимметрия витой пары при переменном токе измеряется аналогично.

Это же свойство моста Муррея используется и при локализации еще целого ряда неисправностей. Наиболее распространенные — пониженное сопротивление изоляции и замыкание одной из жил (рис. 12). При измерениях неизвестные значения сопротивления дефекта RFM и сопротивления экрана Rэкр включаются в оба плеча моста, поэтому они взаимно компенсируются, и их величина не играет роли.

При переменном токе место обрыва одного из проводников пары (рис. 13) можно локализовать с помощью моста Муррея намного точнее, чем это обеспечивает мост Уитстона. Более того, в этом случае не нужна информация о погонной емкости жил кабеля — отношение емкостей С1 и С2 укажет на соотношение расстояния до дефекта к длине всей пары.

Немного сложнее схема измерения для локализации места с пониженным сопротивлением изоляции между жилами одной пары (рис. 14). И здесь используется эффект компенсации неизвестных величин.

Во всех измерительных схемах при постоянном токе для моста Муррея помимо жилы с локализуемым дефектом задействуется дополнительный проводник. Им может быть только жила той же пары или одной из свободных пар в том же кабеле, так как важно, чтобы RDTS (сопротивление дополнительной жилы) равнялось сумме сопротивлений RDTF+RSTF для жилы, в которой имеется дефект. Поскольку всегда существует вероятность дефекта в одной жиле из-за некачественного контакта в месте сращивания двух участков кабеля, то никогда нельзя быть до конца уверенным в точности измерения. Устранить этот недостаток позволяет измерительная схема моста Хилборна / Графа (Hilborn/Graf).

Заключение

В данной курсовой работе были рассмотрены мостовые измерительные цепи и мостовые схемы нескольких ученых. Каждый из этих ученых внесли огромный вклад в данную тему. Так же были приведены примеры современных мостовых приборов, построенные по мосту Муррея.

Данная технология помогает сократить время при работах с электроприборами, и облегчают проведение научных исследований. И, разумеется, такие приборы дают более точный результат, если находить их иными способами.

Хоть измерительные мостовые схемы не имеют большой огласки, но играют значимую роль. Развитие в данной среде повлияет на развитие науки и промышленности в целом, так как во всех машинах задействовано электричество, и знание точных значений поможет избежать множество ошибок.

мост измерительный компенсационный прибор

Иванов И.И., Соловьев Г. И. , Фролов В. Я Электротехника и основы электроники 2012 г.

Измерительный мост, позволяющий определять величину неизвестного электрического сопротивления. Принципы работы мостовых схем нескольких ученых. Компенсационная и дифференциальная схемы. Примеры измерительных приборов на базе измерительных цепей.

Рубрика	Физика и энергетика
Вид	курсовая работа
Язык	русский
Дата добавления	02.07.2013
Размер файла	1,1 M

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Мостовые измерительные цепи

1. Понятие измерительный мост

Измерительный мост устройство для измерения электрических величин: сопротивлений, ёмкостей, индуктивностей и т.д. методом сравнения с образцовой мерой. Выполнен по схеме мостовой цепи с гальванометром в качестве нуль-индикатора, включённым в диагональ моста. Принцип действия измерительного моста основан на особенности работы мостовой цепи: разность потенциалов в точках С и D и, следовательно, ток через гальванометр в диагонали моста будут равны нулю при любых значениях ЭДС источника питания, если сопротивления плеч моста удовлетворяют равенству: Rx*R3=R2*R1. Измерительные мосты постоянного тока подразделяются на одинарные (4-плечие) - для измерения активных (омических) сопротивлений от 1 Ом - и комбинированные (одинарно-двойные) - для измерения сопротивлений в широком диапазоне. Измерительные мосты переменного тока служат для измерений ёмкости, индуктивности и т.д. Обычно их делают 4-плечими, реже 6-плечими. Различают измерительные мосты уравновешенные (наиболее точные), работа которых основана на нулевом методе, и неуравновешенные, в которых об измеряемой величине судят по показаниям измерительного прибора (гальванометра), проградуированного в соответствующих единицах (сопротивления, ёмкости, индуктивности и др.).

Рис. 1. Электрическая схема одинарного 4-плечего моста постоянного тока: Г - гальванометр; Е - источник питания моста; AС, CB, BD, DA - плечи моста; R1 (Rx) - измеряемое сопротивление; - калиброванные установочные сопротивления

2. Принцип работы мостовой схемы

Принцип работы мостовой схемы измерения продемонстрировано на рисунке 1, а способ ее применения на практике - на рисунке 2.

Сопротивление вычисляется исходя из полученного при балансировке моста соотношения , в качестве используется резистор с известным значением. Конечно, сказанное дает только самое общее представление об измерительной схеме моста. На самом деле он устроен гораздо сложнее - современные мосты создаются на основе цифровых процессоров. Микропроцессорное ядро позволяет автоматизировать процедуру измерения (в первых моделях оператор должен был пользоваться калькулятором, сегодня же все расчеты выполняются аппаратурой), обеспечить многофункциональность устройства (многие мосты интегрированы с другими измерительными приборами - мультиметрами, рефлектометрами и т.п.), устранить помехи (посторонние постоянные и переменные напряжения почти всегда присутствуют на жилах кабелей), организовать дальнейшую обработку накопленных результатов измерений (хранение, обмен с компьютером, печать протоколов) и др.

Рассмотренный выше мост, используемый для измерения сопротивления, носит имя Уитстона (Wheatstone). Для подключения измеряемых цепей в нем применяются всего две клеммы (B и C). Более сложные схемы реализованы в двух других мостах - Муррея (Murray) и Купфмюллера (Kupfmuller) (рис. 3). Здесь измеряемые цепи подключаются с помощью трех клемм (A, B и C). В более сложных схемах Хилборна / Графа (Hilborn/Graf) задействуются четыре клеммы (A, B, B' и C). Смысл увеличения числа точек подключения станет понятен при рассмотрении схем измерения с применением мостов.

Еще один момент. Все упомянутые мостовые схемы используются для измерений при постоянном токе (определяются величины активных сопротивлений, подключенных к клеммам). Кроме того, мостовые схемы Уитстона и Муррея используются для измерений при переменном токе - определяются величины емкостей, подключенных к клеммам (рис. 4). В таких мостах источником напряжения служит генератор синусоидального напряжения.

3. Компенсационная и дифференциальная схемы

Уравновешенный мост представляет собой схему (Рисунок 34, а), состоящую из ромба, образуемого четырьмя сопротивлениями . Резисторы в схеме называют ветвями или плечами моста. Помимо этого в мостовую схему включены источник тока со своим сопротивлением и измерительный прибор с сопротивлением Rnp. В четырехугольнике также есть две диагонали, в одну из которых включен миллиамперметр, а в другую - источник тока. Для подстройки моста одно плечо () является переменным сопротивлением.

Закон уравновешенного моста: произведение сопротивлений противолежащих плеч должны быть равны.

Ток в диагонали моста, содержащей измерительный прибор, через напряжение питания:

Основной характеристикой любой схемы является ее чувствительность. Она определяется как отношение приращения тока в измерительной диагонали ?Inp к вызвавшему его изменению сопротивления одного из плеч моста:

где ?Inp - результирующий ток в диагонали моста, содержащей измерительный прибор, A; U - напряжение питания, В; М - входное напряжение, В.

Неуравновешенный мост представляет собой схему (Рис. 6), состоящую из ромба, образуемого четырьмя сопротивлениями . Помимо этого в мостовую схему включены источник тока со своим сопротивлением и измерительный прибор с сопротивлением . Для подстройки моста одно плечо () является переменным сопротивлением.

В качестве измерительного прибора в неуравновешенных мостах используются амперметры (так как токи невелики, то обычно мили- и микроамперметры). Неуравновешенный мост подчиняется тем же законам, что и уравновешенный.

Рис. 6. Неуравновешенная

4. Примеры измерительных приборов на базе измерительных цепей

Мостовой прибор-измеритель ПКМ-4МЦ

Электрическое сопротивление шлейфа.

Электрическое сопротивление изоляции.

Емкостную асимметрию (качественная оценка).

Относительное расстояние до места понижения изоляции (Метод Муррея, Купфмюллера).

Относительное расстояние до места обрыва жилы.

Прибор вычисляет и выводит результат в метрических единицах:

Расстояние до места понижения электрического сопротивления изоляции.

Расстояние до места перепутывания жил.

Расстояние до места обрыва жил.

Прибор мостовой, ПКМ-4МЦ используется для проведения измерений на симметричных высокочастотных и низкочастотных кабельных линиях связи, а также для измерений на многожильных (больше двух проводов) силовых кабелях как медных, так и алюминиевых. Основное применение - строительство и эксплуатация кабельных линий.

Прибор контроля кабелей ПКК-1

Строительство и эксплуатация линий связи.

Пыле- и брызгозащищенный пластмассовый корпус.

извлечение из памяти прибора типов и характеристик наиболее часто применяемых кабелей;

автоматические вычисления измеряемых параметров;

В приборе реализуется:

управление прибором и ввод информации осуществляются с помощью клавиатуры;

отображение меню, режимов, параметров и результатов измерений на графической ЖК-панели емкостью 128х128 пикселей;

наличие энергонезависимой памяти с возможностью запоминания до 128 состояний.

5. Мост Уитстона

Рис. 8. Схема измерительного моста Уинстона

Мост Уитстона (измерительный мост), электрическая цепь, используемая для измерения сопротивления; названа по имени Чарльза Уитстона. Состоит из четырех сопротивлений, соединенных квадратом, причем в одну диагональ включен источник питания (напряжение от батареи), а в другую - Гальванометр. Когда стрелка гальванометра не отклоняется (тока в диагонали нет), отношение величин одной смежной пары резисторов равно отношению величин другой пары. Регулируя отношение величин в одной паре (плавно двигая контакт вдоль проволоки, формирующей одно из сопротивлений смежной пары), можно вычислить неизвестное сопротивление одного из резисторов другой пары.

На схеме , , , - плечи моста, AD - диагональ питания, CB - измерительная диагональ. представляет собой неизвестное сопротивление; , и - известные сопротивления, причём значение может регулироваться. Если отношение сопротивлений равно отношению сопротивлений , то разность потенциалов между двумя средними точками будет равна нулю, и ток между ними не будет протекать. Сопротивление регулируется до получения равновесия, а направление протекания тока показывает, в какую сторону нужно регулировать .

С помощью гальванометра момент равновесия можно установить с большой точностью, и если сопротивления , и имеют малую погрешность, то может быть измерено очень точно, ведь даже небольшие изменения вызывают заметное нарушение баланса всего моста.

Таким образом, если мост сбалансирован (ток через гальванометр, сопротивление которого можно обозначить как , равен нулю), эквивалентное сопротивление цепи будет:

в параллели с , то есть

6. Мост Томсона

Для измерения сопротивлений ниже 1 Ом используется двойной мост Томсона, схема которого показана на рис. 9.

На практике значения выбирают такими, чтобы

при этом выражение (2.01) сводится к виду

Двойной мост имеет погрешность менее 0,5% для сопротивлений в диапазоне 10 мкОм - 1 Ом. Он также может использоваться для измерений сопротивлений резисторов с двумя зажимами, так как образуют обычный мост Уитстона; погрешность при этом менее 0,02%.

7. Мост Шеринга

Мост Шеринга - измерительный мост переменного тока, предназначенный для измерения электрической ёмкости и тангенса диэлектрических потерь в диэлектриках на высоком напряжении. Назван по имени немецкого инженера и изобретателя этого устройства Х. Шеринга

Мост Шеринга - это одинарный мост, имеющий четыре плеча, в одно плечо которого включается магазин емкостей и параллельно присоединённое к нему постоянное активное сопротивление, в противоположное плечо включается испытуемый объект, условно обозначаемый параллельным соединением ёмкостного и активного сопротивления в третье плечо включается магазин активных сопротивлений, в четвёртое - эталонный конденсатор. На одну диагональ подаётся переменное напряжение питания моста. К другой диагонали подключается нуль - индикатор. Мост Шеринга - это по сути мост Витстона, в котором активные сопротивления заменены комплексными активно - ёмкостного характера. С точки зрения схемотехники одинарные мосты - это комбинация двух делителей напряжения и нуль - индикатора, включённого между ними и рассматривая эту схем с этой точки зрения можно прийти к выводу, что при равенстве произведения комплексных сопротивлений двух противоположных диагоналей произведению двух других противоположных диагоналей на клеммах нуль - индикатора разность потенциалов будет равно нулю.

Z1-Z4 - комплексные сопротивления мостовой схемы.

Данное утверждение верно, если входное сопротивление нуль - индикатора очень велико, в идеале - равно бесконечности. При конечном входном сопротивлении нуль - индикатора последний будет вносить погрешность в измерительную схему, что необходимо учитывать. Приведение моста в состояние, при котором нуль - индикатор покажет нулевое значение называется балансировкой моста.

8. Мост Муррея

Это же свойство моста Муррея используется и при локализации еще целого ряда неисправностей. Наиболее распространенные - пониженное сопротивление изоляции и замыкание одной из жил (рис. 12). При измерениях неизвестные значения сопротивления дефекта RFM и сопротивления экрана Rэкр включаются в оба плеча моста, поэтому они взаимно компенсируются, и их величина не играет роли.

При переменном токе место обрыва одного из проводников пары (рис. 13) можно локализовать с помощью моста Муррея намного точнее, чем это обеспечивает мост Уитстона. Более того, в этом случае не нужна информация о погонной емкости жил кабеля - отношение емкостей С1 и С2 укажет на соотношение расстояния до дефекта к длине всей пары.

Заключение

мост измерительный компенсационный прибор

Литература

Иванов И.И., Соловьев Г.И., Фролов В. Я Электротехника и основы электроники 2012 г.

Подобные документы

Основные технические характеристики электромеханических ИП. Магнитоэлектрические измерительные преобразователи. Электростатические измерительные приборы. Электростатические вольтметры и электрометры и их включение. Значение защитного сопротивления.

реферат [104,1 K], добавлен 12.11.2008

Исследование истории развития электрических измерительных приборов. Анализ принципа действия магнитоэлектрических, индукционных, стрелочных и электродинамических измерительных приборов. Характеристика устройства для создания противодействующего момента.

курсовая работа [1,1 M], добавлен 24.06.2012

Основные методики поверки показывающих приборов постоянного тока. Измерительный механизм с подвижной катушкой. Класс точности измерительных приборов, работающих на постоянном токе. Проверка изоляции напряжением 2 кВ. Расчет погрешности измерений.

лабораторная работа [22,2 K], добавлен 18.06.2015

Понятие и функциональные особенности измерительных усилителей как устройств для прецизионного усиления разности потенциалов между двумя точками электрической цепи, их внутреннее строение и принцип действия. Фильтры на переключаемых конденсаторах.

реферат [208,4 K], добавлен 21.08.2015

Примеры измерительных сигналов, используемых в различных разделах науки и техники. Спектральная плотность стационарного случайного процесса. Составляющая погрешности измерений. Причины возникновения внешних помех. Частотная, амплитудная модуляции.

реферат [245,9 K], добавлен 07.05.2014

Схема включения, векторная диаграмма и погрешности измерительных трансформаторов переменного и постоянного тока. Применение мостовых схем для вычисления сопротивления, индуктивности, частоты, емкости, добротности катушек и угла потерь конденсаторов.

контрольная работа [850,1 K], добавлен 22.02.2012

Составление и обоснование электрической схемы измерения вольт-амперных характеристик полупроводниковых приборов. Определение перечня необходимых измерительных приборов и оборудования, сборка экспериментальной установки. Построение графиков зависимостей.

Функция "чтения" служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!

Мостовые измерительные цепи 1. Понятие измерительный мост Измерительный мост, позволяющий определять величину неизвестного электрического сопротивления, был изобретён британским учёным Самуэлом Кристи в 1833 году, и позже модернизирован и популяризирован другим британским учёным, Чарьзом Витстоном в 1843 году.

Измерительный мост устройство для измерения электрических величин: сопротивлений, ёмкостей, индуктивностей и т.д. методом сравнения с образцовой мерой. Выполнен по схеме мостовой цепи с гальванометром в качестве нуль-индикатора, включённым в диагональ моста. Принцип действия измерительного моста основан на особенности работы мостовой цепи: разность потенциалов в точках С и D и, следовательно, ток через гальванометр в диагонали моста будут равны нулю при любых значениях ЭДС источника питания, если сопротивления плеч моста удовлетворяют равенству: Rx*R3=R2*R1. Измерительные мосты постоянного тока подразделяются на одинарные (4-плечие) - для измерения активных (омических) сопротивлений от 1 Ом - и комбинированные (одинарно-двойные) - для измерения сопротивлений в широком диапазоне. Измерительные мосты переменного тока служат для измерений ёмкости, индуктивности и т.д. Обычно их делают 4-плечими, реже 6-плечими. Различают измерительные мосты уравновешенные (наиболее точные), работа которых основана на нулевом методе, и неуравновешенные, в которых об измеряемой величине судят по показаниям измерительного прибора (гальванометра), проградуированного в соответствующих единицах (сопротивления, ёмкости, индуктивности и др.).

Рис. 1. Электрическая схема одинарного 4-плечего моста постоянного тока: Г - гальванометр; Е - источник питания моста; AС, CB, BD, DA - плечи моста; R1 (Rx) - измеряемое сопротивление;- калиброванные установочные сопротивления

2. Принцип работы мостовой схемы

Сопротивлениевычисляется исходя из полученного при балансировке моста соотношения , в качествеиспользуется резистор с известным значением. Конечно, сказанное дает только самое общее представление об измерительной схеме моста. На самом деле он устроен гораздо сложнее - современные мосты создаются на основе цифровых процессоров. Микропроцессорное ядро позволяет автоматизировать процедуру измерения (в первых моделях оператор должен был пользоваться калькулятором, сегодня же все расчеты выполняются аппаратурой), обеспечить многофункциональность устройства (многие мосты интегрированы с другими измерительными приборами - мультиметрами, рефлектометрами и т.п.), устранить помехи (посторонние постоянные и переменные напряжения почти всегда присутствуют на жилах кабелей), организовать дальнейшую обработку накопленных результатов измерений (хранение, обмен с компьютером, печать протоколов) и др.

Наиболее широко распространенный способ измерения- электрический . Он имеет ряд достоинств, а именно: точность, удобство в эксплуатации измерительных приборов, легкость в исполнении (проектировании, производстве), хорошо изученный математический материал, компактность измерительных приборов, возможность сопряжения с вычислительной машиной. Измерительный преобразователь (ИП), иногда его называют датчиком, предназначен для преобразования неэлектрической величины в электрическую. Как правило, в своем составе он имеет первичный преобразователь (ПП) или чувствительный элемент и измерительную цепью.

Содержание

Понятие измерительных преобразователей (ИП), виды, классификация. 3
Измерительные схемы. 6
2.1 Измерительные схемы с делителями тока и напряжения. 6
2.2 Мостовые измерительные схемы с гальванометром. 6
2.3 Мостовые измерительные схемы с логометрами. 8
2.4 Измерительные схемы статического уравновешивания. 11
2.5 Измерительные схемы астатического уравновешивания. 13
2.6 Измерительные схемы развертывающего уравновешивания. 16
Статические характеристики приборов. 17
Заключение. 18
Список литературы. 19

Прикрепленные файлы: 1 файл

eferat .doc

Министерство образования и науки РФ

ФГБОУ ВПО «Владимирский государственный университет

Кафедра автоматизации технологических процессов

Понятие измерительных преобразователей (ИП), виды, классификация. 3
Измерительные схемы. 6
2.1 Измерительные схемы с делителями тока и напряжения. 6
2.2 Мостовые измерительные схемы с гальванометром. 6
2.3 Мостовые измерительные схемы с логометрами. 8
2.4 Измерительные схемы статического уравновешивания. 11
2.5 Измерительные схемы астатического уравновешивания. 13
2.6 Измерительные схемы развертывающего уравновешивания. 16
Статические характеристики приборов. 17
Заключение. 18
Список литературы. 19

1. Понятие измерительных преобразователей (ИП), виды, классификация.

Эксплуатация аппаратов связаны с получением данных о значении различных физических величин, характеризующих состояние объекта управления - механических, тепловых, химических, оптических и других величин, которые принято называть неэлектрическими.

Существует ряд способов измерения неэлектрических величин, различающихся по виду энергии сигнала измерительной информации.

Измерительный преобразователь (ИП), иногда его называют датчиком, предназначен для преобразования неэлектрической величины в электрическую. Как правило, в своем составе он имеет первичный преобразователь (ПП) или чувствительный элемент и измерительную цепью.

Рис.1. Структура устройства для измерения неэлектрических величин

Упрощенная структурная схема измерительного устройства (прибора) приведена на рис.1, где:

ПП - первичный измерительный преобразователь

ИЦ - измерительная цепь

ОУ - отчетное устройство

Размещенный непосредственно на объекте ПП преобразует неэлектрическую величину Х в электрическую величину У

К первичным преобразователям (ПП) предъявляют требования воспроизводимости и однозначности характеристики преобразования У=F(Х), стабильности во времени характеристики преобразователя, минимального обратного действия преобразователя на исследуемый объект, точности, быстродействия и т.д.

Первичные измерительные преобразователи очень разнообразны по принципу действия, устройству, виду энергии входного сигнала, метрологическим и эксплуатационным характеристикам.

Существуют параметрические ПП для которых характерно то, что

сигналы, получаемые от измеряемого объекта, служат только для управления энергией постороннего источника, включенного в электрическую цепь. В данном случае основным выходным сигналом является изменение параметров электрических цепей- сопротивления, емкости, индуктивности под действием сигнала от измеряемого объекта, поэтому эти ПП называются параметрическими.

Генераторные ПП характеризуются тем, что сигналы, получаемые от измеряемого объекта, непосредственно преобразуются в электрические сигналы. При этом желаемый эффект преобразования может быть получен без использования посторонних источников энергии основой работы является непосредственное преобразование измеряемых сигналов различных видов в электрические сигналы (генерирование электрической энергии).

По физической природе явлений, лежащих в основе их работы, первичные преобразователи можно подразделить на:

- механические резистивные (контактные, реостатные, тензометрические)

-электростатические (емкостные, пьезоэлектрические)

-электромагнитные (индуктивные, индукционные, магнитоупругие)

-теплоэлектрические (термоэлектрические, терморезистивные)

-атомные (ионизационного излучения, квантовые) и множество других.

Только одно перечисление групп первичных преобразователей неэлектрических величин свидетельствует о том, насколько широк круг вопросов, относящихся к измерению неэлектрических величин, и как важно унифицировать методы и средства их измерений.

На вход первичного преобразователя кроме входной величины Х действуют и другие параметры объекта и окружающей среды. В этих условиях первичный преобразователь должен избирательно реагировать только на значение входной величины и не реагировать на влияние всех остальных факторов. Задача подавления чувствительности первичного преобразователя, к влияющим величинам, относится к важным задачам, решаемым конструктивными и схемными методами.

2. Измерительные схемы.

Измерительная цепь представляет собой функционально-структурную схему, отображающую методы и технические средства реализации требуемой функции преобразования прибора. Измерительная цепь включает все элементы прибора от входа до устройства воспроизведения (указатель, регистратор и др.). Измерительная схема прибора – понятие более узкое, она не включает первичного преобразователя, устройства воспроизведения и др.

Измерительные цепи можно разделить на цепи прямого преобразования, когда преобразователи соединяются последовательно или параллельно согласно, и цепи уравновешивающего преобразования, когда все или основные преобразователи соединены параллельно встречно (цепи с обратной связью).

2.1 Измерительные схемы с делителями тока и напряжения.

Измерительные цепи с параметрическими преобразователями содержат схемы делителей тока и напряжения, неравновесные мостовые схемы постоянного и переменного тока

В качестве простейших схем измерительных цепей применяют схемы делителей напряжения (рис.1, а) и делителя тока (рис.1, б), в которых измерительным прибором является логометр.

В схеме делителя напряжения падения напряжения на сопротивлениях R1 и R2 подаются на рамки логометров с сопротивлением RР. Показание логометра, пропорциональное отношению токов I1 и I2 в рамках, можно выразить через параметры схемы

Для увеличения чувствительности схемы сопротивления рамок логометра должны быть значительно больше сопротивлений потенциометра.

Так как сопротивление рамок логометра выполняется из меди, то отношение токов (I) будет зависеть от температуры T окружающей среды. Если воспользоваться тем, что

где a- температурный коэффициент, и обозначить e=R1/R (R=R1+R2), то получим:

Из выражения (2) видно, что при a0>>0 вместе с повышением чувствительности уменьшаются температурные погрешности схемы. Например, при а=3 и T=100°С температурная погрешность составляет 2,5%.

Для схемы делителя тока отношение токов I1 и I2 в рамках логометра будет

Чувствительность этой схемы возрастает с уменьшением RР по сравнению с сопротивлением потенциометра R=R1+R2. При этих условиях температурные погрешности также уменьшаются.

2.2 Мостовые измерительные схемы с гальванометром.

Измерительные цепи многих приборов содержат неравновесные мостовые схемы постоянного тока с гальванометрами и логометрами в качестве указателей.

Схема моста с гальванометром в качестве указателя приведена на рис.2 , а), где R1, R2, R3, RX - сопротивления плеч моста; RГ — сопротивление гальванометра и U — напряжение питания.

Сила тока в измерительной диагонали моста

сила тока I в гальванометре обращается в нуль и мост находится в равновесии.

Если из сопротивлений плеч моста, например RX, является переменным, зависящим от измеряемого параметра x, то сила тока I при этом изменяется. Следовательно, между силой тока I и сопротивлением RX при постоянных значениях других сопротивлений и при постоянном напряжении питания U существует однозначная зависимость вида

позволяющая преобразовать изменение сопротивления в изменение силы тока. Вместо одного может быть два (рис.2, б) или все четыре плеча переменными.

Из выражения (4) видно, что ток I пропорционален напряжению питания U. Если напряжение изменится на DU, то сила тока изменится на DI, т.е.

Следовательно, каждому проценту изменения напряжения соответствует процент погрешности. Поэтому для питания мостовых схем необходим источник со строго постоянным напряжением.

В авиационных приборах, содержащих мостовые неравновесные схемы, возникают температурные погрешности вследствие влияния температуры окружающей среды на сопротивление рамки, магнитную индукцию и другие параметры гальванометра. Для компенсации этих погрешностей применяют различные компенсационные устройства, чаще всего добавочные сопротивления с нулевым или отрицательным температурным коэффициентом, включаемые последовательно с рамкой гальванометра. При этом удается понизить температурный коэффициент прибора до допустимых значений путем снижения его чувствительности.

Из приведенных соображений ясно, что от условий наибольшей чувствительности нередко приходится отказываться, чтобы удовлетворить другим требованиям, предъявляемым к прибору.

2.3 Мостовые измерительные схемы с логометрами.

Измерительную цепь с мостовой схемой и логометром представлена на рисунке (рис.3).

Читайте также: