Мостовая схема: Принцип работы мостовой схемы — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Содержание

Энергетическое образование

5. Термометры сопротивления

Термопары генерируют напряжение при нагревании и возникающий ток позволяет проводить измерения температуры. Термометры сопротивления наоборот представляют собой электрические температурные датчики, которые используют изменения сопротивления, которое противодействует протеканию тока. В английском языке термометр сопротивления обозначается тремя буквами «RTD».

Стандартный термометр сопротивления.

На следующем рисунке дано схематичное изображение стандартного термометра сопротивления. Основным электрическим компонентом термометра сопротивления является резистор, который часто представляет собой провод, обмотанный вокруг керамического изолятора в виде стержня. Резистор и является температурным чувствительным элементом термометра сопротивления. Для защиты чувствительного элемента от физического воздействия и изоляции электрической цепи от технологической жидкости во избежании короткого замыкания резистор обычно заключается в корпус из нержавеющей стали. Два провода подсоединяются к электрической цепи внутри корпуса посредством герметичного уплотнения.

Части термометра сопротивления.

Термометры (RTD) могут использоваться для измерения температуры электрическим путем, так как существует прямо пропорциональная зависимость между изменениями сопротивления и изменением температуры.

Другими словами при повышении температуры величина сопротивления возрастает прямо пропорционально, а при понижении температуры сопротивление пропорционально уменьшается. Подобный принцип используется в термометрах сопротивления, так как сопротивление термометра уменьшается или увеличивается пропорционально температуре процесса, который он измеряет. Любое изменение сопротивления может быть зарегистрировано и преобразовано в температурные показания с помощью таблицы, или отображено на шкале, которая откалибрована в единицах измерения температуры.

Как и термопара или любой другой температурный датчик термометр сопротивления (RTD) функционален при измерении температуре только, если он подсоединен к электрической цепи. Обычно с термометрами сопротивления применяются мостовые схемы, так как такие схемы позволяют добиться высокой точности. На следующем рисунке изображена типичная мостовая схема и батарея, которая служит в качестве источника питания. Цепи термометров сопротивления должны иметь внешний источник питания, так как они не способны генерировать напряжение сами.

Мостовая схема термометра сопротивления с батареей.

Мостовая схема состоит из пяти резисторов (Р1, R2, R3, R4, R5) и пяти точек соединения (А,В,С,0).

Предположим, что каждый резистор в мостовой схеме обладает одинаковым сопротивлением. Так как ток протекает от минуса к плюсу в данном контуре, то протекание начинается с минусовой клеммы батареи и ток достигает точки А. В точке А ток расщепляется на равные части: одна половина протекает через сопротивление R1 в точку В, а другая половина протекает через R2 к точке С. Так как сопротивление всех резисторов одинаковое, то между точками В и С нет разницы в величине напряжения, поэтому ток через R5 не протекает.

Когда ток через средний резистор не протекает, то мост, как говорится «уравновешен». В данном примере ток протекает от точки В, через R3 в точку D. Ток также протекает от точки С через R4 в точку D. Ток от точки D возвращается на положительную клемму батареи, завершая цепь.

Протекание тока через уравновешенный мост.

Мостовая схема, изображенная следующей схеме похожа на предыдущую схему за исключением того, что резистор R3 заменен термометром сопротивления. В данной конфигурации ток по-прежнему протекает от минусовой клеммы батареи на точки В и С. Однако, если сопротивление термометра сопротивления (RTD) отличается по величине от сопротивления резистора R4, то между точками В и С появится напряжение. Это означает, что мост неуравновешен и ток будет протекать через резистор R5.

Мостовая схема с термометром сопротивления.

Ток, протекающий через мост, может быть измерен, если мы заменим R5 измерительным прибором, который и будет определять температуру, измеряя ток. Так схема обеспечивает высокую точность, то она часто используется вместе с термометрами сопротивления для измерения температуры.

Мостовая схема с термометром сопротивления и измерительным прибором.

Когда для измерения температуры используются термометры сопротивления RTD, то они включаются в схему, подобно той, что показана на предидещем рисунке. Во многих случаях термометры сопротивления расположены на удалении от остальных элементов цепи, так как они подвержены воздействию температуры технологического процесса. По мере того, как температура вокруг термометра меняется, то пропорционально меняется величина сопротивления термометра. Когда сопротивление термометра меняется, то мост становится неуравновешенным и определенный ток протекает через измерительный прибор. Этот ток пропорционален изменениям температуры. Температура процесса затем может быть определена по показаниям шкалы прибора. В некоторых случаях шкалы окалиброваны на показания величины сопротивления, а не температуры. В таких случаях надо воспользоваться переводной таблицей для перевода ом в градусы.

Термистор.

Термистор это чувствительный к изменениям температуры элемент, изготовленный из полупроводникового материала. Он ведет себя как резистор, чувствительный к изменениям температуры. Термин «термистор» это сокращение от термочувствительного резистора. Полупроводниковый материал это материал, который проводит электрический ток лучше чем диэлектрик, но не так хорошо как проводник.

Подобно термометрам сопротивления термисторы используют изменения величины сопротивления в качестве основы измерений. Однако сопротивление термистора обратно пропорционально изменениям температуры, а не прямо пропорционально. По мере увеличения температуры вокруг термистора, его сопротивление понижается, а по мере понижения температуры его сопротивление увеличивается.

Так как и термометры и термисторы реагируют на изменения температуры пропорциональным изменением сопротивления, то они оба часто используются в мостовых схемах. На следующем рисунке показана мостовая схема с термистором. В данной конфигурации резисторы R1, R2 и R4 имеют одинаковые значения сопротивления.

Мостовая схема с термистором.

В данной цепи изменение температуры и обратно пропорциональная зависимость между температурой и сопротивлением термистора будет определять направление протекания тока. Иначе цепь будет функционировать таким же образом как в случае с термометром сопротивления. По мере изменения температуры термистора, изменяется его сопротивление и мост становится неуравновешенным. Теперь через прибор будет протекать ток, который можно будет измерить. Измеряемый ток можно преобразовать в единицы измерения температуры с помощью переводной таблицы, или откалибровав соответствующим образом шкалу.

Ввиду своего сходства термисторы и термометры сопротивления часто применяются для измерения температур в сходном диапазоне. Однако необходимо знать разницу между термисторами и термометрами сопротивления. Термисторы реагируют на изменения темературы обратно пропорционально, а термометры сопротивления прямо пропорционально.

14-6. Измерительная мостовая схема для определения степени согласованности антенны с линией передачи

Измерительный мост высокой частоты представляет собой обычный мост Уитстона и может использоваться для определения степени согласованности антенны с линией передачи. Эта схема известна под многими названиями (например, «антенноскоп» и т. д.), но в основе ее всегда лежит принципиальная схема, изображенная на рис. 14-15.

По мостовой схеме протекают токи высокой частоты, поэтому все резисторы, используемые в ней, должны представлять чисто активные сопротивления для частоты возбуждения. Резисторы R₁и R₂ подбираются в точности равными друг другу (с точностью 1% или даже больше), а само сопротивление не имеет особого значения. При сделанных допущениях измерительный мост находится в равновесии (нулевое показание измерительного прибора) при следующих соотношениях между резисторами: R₁ = R₂; R₁ : R₂ =1:1; R₃ = = R₄; R₃: R₄ = 1 : 1.

Если вместо резистора R₄ включить испытываемый образец, сопротивление которого требуется определить, а в качестве R₃ использовать отградуированное переменное сопротивление, то нулевое показание измерителя разбаланса моста будет достигнуто при значении переменного сопротивления, равном активному сопротивлению испытываемого образца. Таким образом можно непосредственно измерить сопротивление излучения или входное сопротивление антенны. При этом следует помнить, что входное сопротивление антенны чисто активно только в случае, когда антенна настроена, поэтому частота измерений всегда должна соответствовать резонансной частоте антенны. Кроме того, мостовая схема может использоваться для измерения волнового сопротивления линий передачи и их коэффициентов укорочения.

На рис. 14-16 показана схема высокочастотного измерительного моста, предназначенного для антенных измерений, предложенная американским радиолюбителем W2AEF (так называемый «антенноскоп»).

Резисторы R₁ и R₂обычно выбираются равными 150—250 ом,и абсолютная их величина не играет особой роли, важно только, чтобы сопротивление резисторов R₁ и R₂, а также емкости конденсаторов С₁ и С₂ были равны друг другу. В качестве переменного сопротивления следует использовать только безындуктивные объемные переменные резисторы и нив коем случае не проволочные потенциометры. Переменное сопротивление обычно 500 ом, а если измерительный мост используется для измерений только на линиях передачи, изготовленных из коаксиальных кабелей, то 100 ом, что позволяет более точно производить измерения. Переменное сопротивление градуируется, и при балансе моста оно должно быть равным с сопротивлением испытываемого образца (антенны, линии передачи). Дополнительное сопротивление R_Ш зависит от внутреннего сопротивления измерительного прибора и требуемой чувствительности измерительной схемы. В качестве измерительного прибора можно использовать магнитоэлектрические миллиамперметры со шкалой 0,2; 0,1 или 0,05 ма. Дополнительное сопротивление следует выбирать по возможности высокоомным, так чтобы подключение измерительного прибора не вызывало значительного разбаланса моста. В качестве выпрямляющего элемента может использоваться любой германиевый диод.

Проводники мостовой схемы должны быть как можно короче для уменьшения их собственной индуктивности и емкости; при конструировании прибора следует соблюдать симметрию в расположении его деталей. Прибор заключается в кожух, разделенный на три отдельных отсека, в которых, как показано на рис. 14-16, помещаются отдельные элементы схемы прибора. Одна из точек моста заземляется, и, следовательно, мост несимметричен относительно земли. Поэтому мост наиболее подходит для измерения на несимметричных (коаксиальных) линиях передачи. В случае, если требуется использовать мост для измерения на симметричных линиях передачи и антеннах, то необходимо тщательно изолировать его от земли с помощью изолирующей подставки. Антенноскоп может применяться как в диапазоне коротких, так и ультракоротких волн, и граница его применимости в диапазоне УКВ в основном зависит от конструкции и отдельных схемных элементов прибора.

В качестве измерительного генератора, возбуждающего измерительный мост, вполне достаточно использовать гетеродинный измеритель резонанса. Следует иметь в виду, что высокочастотная мощность, поступающая на измерительный мост, не должна превышать 1 вт, и мощность, равная 0,2 вт, вполне достаточна для нормальной работы измерительного моста. Ввод высокочастотной энергии осуществляется с помощью катушки связи, имеющей 1—3 витка, степень связи которой с катушкой контура гетеродинного измерителя резонанса регулируется так, чтобы при отключенном испытываемом образце измерительный прибор давал полное отклонение. Следует учитывать, что при слишком сильной связи градуировка частоты гетеродинного измерителя резонанса несколько смещается. Чтобы не допустить ошибок, рекомендуется прослушивать тон измерительной частоты по точно отградуированному приемнику.

Проверка работоспособности измерительного моста осуществляется подключением к измерительному гнезду безындукционного резистора, имеющего точно известное сопротивление. Переменное сопротивление, при котором достигается баланс измерительной схемы, должно точно равняться (если измерительный мост правильно сконструирован) испытываемому сопротивлению. Эта же операция повторяется для нескольких сопротивлений при разных измерительных частотах. При этом выясняется частотный диапазон работы прибора. Вследствие того, что схемные элементы измерительного моста в диапазоне УКВ имеют уже комплексный характер, баланс моста становится неточным, и если в диапазоне 2 м его еще можно добиться, тщательно выполнив конструкцию моста, то в диапазоне 70 см рассмотренный измерительный мост совершенно неприменим.

После проверки работоспособности измерительного моста его можно использовать для практических измерений.

На рис. 14-17 изображена конструкция антенноскопа, предложенная W2AEF.

Определение входного сопротивления антенны

Измерительное гнездо измерительного моста непосредственно подключается к зажимам питания антенны. Если резонансная частота антенны была измерена ранее с помощью гетеродинного измерителя резонанса, то мост питается высокочастотным напряжением этой частоты. Изменяя переменное сопротивление, добиваются нулевого показания измерительного прибора; при этом считываемое сопротивление равно входному сопротивлению антенны. Если же резонансная частота антенны заранее не известна, то частоту, питающую измерительный мост, изменяют До тех пор, пока не получают однозначного баланса измерительного моста. При этом частота, обозначенная на шкале измерительного генератора, равна резонансной частоте антенны, а сопротивление, полученное по шкале переменного сопротивления, равно входному сопротивлению антенны. Изменяя параметры схемы согласования, можно (не изменяя частоты возбуждения высокочастотного измерительного моста) получить заданное входное сопротивление антенны, контролируя его по антенноскопу.

Если проводить измерение непосредственно в точках питания антенны неудобно, то в этом случае между измерительным мостом можно включить линию, имеющую электрическую длину Я/2 или длину, кратную этой длине (2·λ/2, 3·λ/2, 4·λ/2 и т. д.) и обладающую любым волновым сопротивлением. Как известно, такая линия трансформирует сопротивление, подключенное к ее входу, в отношении 1 : 1, и поэтому ее включение не отражается на точности измерения входного сопротивления антенны с помощью высокочастотного измерительного моста.

Определение коэффициента укорочения высокочастотной линии передачи

Точная длина λ/2 отрезка линии также может быть определена с помощью антенноскопа.

Достаточно длинный свободно подвешенный отрезок линии на одном конце замыкается, а другим концом подключается к измерительному гнезду моста. Переменное сопротивление устанавливается в нулевое положение. Затем медленно изменяют частоту гетеродинного измерителя резонанса, начиная с низких частот, и переходят к более высоким частотам, до тех пор пока не достигается баланс моста. Для этой частоты электрическая длина точно равна λ/2. После этого несложно определить коэффициент укорочения линии. Например, для отрезка коаксиального кабеля длиной 3,30 м при частоте измерений 30 Мгц (10 м) достигается первый баланс моста; отсюда λ/2 равно 5,00 м. Определяем коэффициент укорочения: $$k=\frac{геометрическая длина}{эектрическая длина}=\frac{3,30}{5,00}=0,66.$$

Так как баланс моста имеет место не только при электрической длине линии, равной λ/2, но и при длинах, кратных ей, то следует найти второй баланс моста, который должен быть при частоте 60 Мгц. Длина линии для этой частоты равна 1λ. Полезно помнить, что коэффициент укорочения коаксиальных кабелей равен приблизительно 0,65, ленточных кабелей — 0.82 и двухпроводных линий с воздушной изоляцией — приблизительно 0,95. Так как измерение коэффициента укорочения с помощью антенноскопа несложно, то следует конструировать все схемы трансформаторов, используя методику измерения коэффициента укорочения, описанную выше.

Антенноскоп можно также использовать для проверки точности размеров λ/2 линии. Для этого к одному концу линии подключается резистор с сопротивлением меньше 500 ом, а другой конец линии подключается к измерительному гнезду моста; при этом переменное сопротивление (в случае, если линия имеет электрическую длину, в точности равную λ/2) равняется сопротивлению, подключенному к другому концу линии.

С помощью антенноскопа может быть определена также точная электрическая длина λ/4 линии. Для этого свободный конец линии не замыкается, и, изменяя частоту гетеродинного измерителя резонанса таким же образом, как было описано выше, определяют самую низкую частоту, при которой (при нулевом положении переменного сопротивления) достигается первый баланс мостовой схемы. Для этой частоты электрическая длина линии точно равна λ/4. После этого можно определить трансформирующие свойства λ/4 линии и рассчитать ее волновое сопротивление. Например, к концу четвертьволновой линии подключается резистор сопротивлением 100 ом.Изменяя переменное сопротивление, добиваются баланса моста при сопротивлении Z_M = 36 ом. После подстановки в формулу $Z_{тр}=\sqrt{Z_{M}\cdot{Z}}$ получаем: $Z_{тр}=\sqrt{36\cdot{100}}=\sqrt{3600}=60 ом$. Таким образом, как мы видели, антенноскоп, несмотря на свою простоту, позволяет решить почти все задачи, связанные с согласованием линии передачи с антенной.

Формирование мостовых схем, тензостанции ZETLAB

Тензорезисторы предназначены для измерения напряжений, возникающих на поверхности различных деталей. С помощью тензорезисторов можно измерять степень сжатия и растяжения, скручивания, изгиба, и рассчитать прикладываемые к изделию силы.

Ниже приведены различные схемы подключения тензорезисторов к измерительным модулям ZETSENSOR, а также указания по конфигурированию модуля.

Примечание: формула расчета коэффициента S приведена для единиц измерения мм/м, K_R – чувствительность тензорезистора (значение из паспорта), ν – коэффициент Пуассона.

Таблица 1

1. Одноосевая деформация. 1 тензорезистор, 1 сопротивление, R≈R1. Термокомпенсация — нет. Компенсация изгиба — нет.

Конфигурирование:
Настройки/Схема: Полумост.
Настройки/Метод: Коэф. передачи.

Тензорез./Статус: Вкл.
Тензорез./Чувствит.: S=4/K_R.

2. Одноосевая деформация. 2 тензорезистора, 1 сопротивление, R≈R1+R2. Термокомпенсация — нет. Компенсация изгиба — есть.

Конфигурирование:
Настройки/Схема: Полумост.
Настройки/Метод: Коэф. передачи.
Тензорез./Статус: Вкл.
Тензорез./Чувствит.: S=4/(2*K_R).

3. Одноосевая деформация. 2 тензорезистора, R2≈R1. Термокомпенсация — есть. Компенсация изгиба — нет.

Конфигурирование:
Настройки/Схема: Полумост.
Настройки/Метод: Коэф. передачи.
Тензорез./Статус: Вкл.
Тензорез./Чувствит.: S=4/K_R.

4. Одноосевая деформация. 2 тензорезистора, R2≈R1. Термокомпенсация — есть. Компенсация изгиба — нет.

Конфигурирование:

Настройки/Схема: Полумост.
Настройки/Метод: Коэф. передачи.
Тензорез./Статус: Вкл.
Тензорез./Чувствит.: S=4/((1+ν)*K_R).
ν – коэффициент Пуассона

5. Одноосевая деформация. 4 тензорезистора, R4≈R3≈R2≈R1. Термокомпенсация — есть. Компенсация изгиба — есть.

Конфигурирование:
Настройки/Схема: Мост.
Настройки/Метод: Коэф. передачи.
Тензорез./Статус: Вкл.
Тензорез./Чувствит.: S=4/((1+ν)*2*K_R).

6. Одноосевая деформация. 4 тензорезистора, R4≈R3≈R2≈R1. Термокомпенсация — есть. Компенсация изгиба — нет.

Конфигурирование:
Настройки/Схема: Мост.
Настройки/Метод: Коэф. передачи.
Тензорез./Статус: Вкл.
Тензорез./Чувствит.: S=4/(2*K_R).

7. Деформация изгиба. 1 тензорезистор, 1 сопротивление, R≈R1. Термокомпенсация — есть.

Конфигурирование:
Настройки/Схема: Полумост.
Настройки/Метод:Коэф. передачи.
Тензорез./Статус:Вкл.
Тензорез./Чувствит.: S=4/K_R.

8. Деформация изгиба. 2 тензорезистора, R2≈R1. Термокомпенсация — есть.

Конфигурирование:
Настройки/Схема: Полумост.
Настройки/Метод:Коэф. передачи.
Тензорез./Статус:Вкл.
Тензорез./Чувствит.: S=4/(2*K_R).

9. Деформация изгиба. 4 тензорезистора, R4≈R3≈R2≈R1. Термокомпенсация — есть.

Конфигурирование:
Настройки/Схема: Полумост.
Настройки/Метод:Коэф. передачи.
Тензорез./Статус:Вкл.
Тензорез./Чувствит.: S=4/(4*K_R).

10. Деформация кручения. 2 тензорезистора, R2≈R1. Термокомпенсация — есть.

Конфигурирование:
Настройки/Схема: Полумост.
Настройки/Метод:Коэф. передачи.
Тензорез./Статус:Вкл.
Тензорез./Чувствит.: S=4/(2*K_R).

11. Деформация кручения. 4 тензорезистора, R4≈R3≈R2≈R1. Термокомпенсация — есть.

Конфигурирование:
Настройки/Схема: Мост
Настройки/Метод: Коэф. передачи.
Тензорез./Статус: Вкл.
Тензорез./Чувствит.: S=4/(4*K_R).

Измерение относительной деформации при помощи ZETSENSOR

Деформация контролируемого образца приводит к относительному изменению выходного напряжения с тензометрических полумостовых (либо мостовых) схем. Относительное изменение выходного напряжения описывается выражением ΔU=e₀/U (мВ/В).

где e₀ – изменение выходного напряжения тензометрической схемы

U – напряжения питания тензометрической схемы

Рассчитываемая относительная деформация

ε₀ (мм/м) связана с регистрируемым значением относительного изменения выходного напряжения тензометрической схемы по формуле:

ε₀ = ΔU*S

где S – коэффициент используемой тензометрической схемы подключения (формула для расчета приводится в табл. 1 и зависит от выбранной схемы подключения)

При регистрации относительной деформации модулями ZETSENSOR в диспетчере устройств для параметра тип измерения следует выбрать «относительная деформация», а также задать скорректированное (в зависимости от требуемых единиц измерения деформации) значение коэффициента в соответствии с табл. 2

Таблица 2

Единицы измерения деформации	Коррекция значения коэффициента, задаваемой для ZETSENSOR
мм/м	S
мкм/м	S*1000
м/м	S/1000
%	S/10

Измерение напряжения материала при помощи ZETSENSOR

Расчет напряжения возникающего в материале может производиться в пределах его упругой деформации по деформации контролируемого образца, которая связана с регистрируемым (при помощи ZETSENSOR) относительным изменением выходного напряжения полумостовой либо мостовой схемы по формуле: ε₀ = ΔU*S

Примечание: при измерении напряжения коэффициент необходимо скорректировать по формуле S/1000

Напряжение материала связано с его относительной деформацией по формуле:

σ=ε₀*E= ΔU*S*E

где Е – модуль упругости материала контролируемого образца (значения для модуля упругости некоторых материалов приведены в табл. 3)

Таблица 3

Материал	Значение модуля упругости Е (МПа)
Алюминий	69000
Медь	100000
Сталь	210000
Стекло	60000
Бетон	20000

Измерение крутящего момента при помощи ZETSENSOR

Крутящий момент вызывает деформацию вала, которая регистрируется на его поверхности в виде относительного изменения выходного напряжения с тензометрических полумостовых (мостовых) схемΔU=e₀/U (мВ/В). Для измерения крутящего момента М (Н*м) используется формула:

М= ΔU*Sкм

где Sкм – коэффициент для измерения крутящего момента

Формула расчета коэффициента Sкм

для сплошных валов:

Sкм=S*Е*π*D³/(1000*16*(1+ν))

Е – модуль упругости для материала вала, [Па]

D – диаметр вала, [м]

v – коэффициент Пуассона для материала вала (значения коэффициента для некоторых материалов приведены в табл.4)

Формула расчета коэффициента Sкм для полых валов:

Sкм=S*Е*π*D³*(1-d⁴/D⁴)/(1000*16*(1+ν))

где d – внутренний диаметр полого вала, [м]

При регистрации крутящего момента модулями ZETSENSOR в диспетчере устройств для параметра тип измерения следует выбрать в параметрах «относительная деформация», а также указать рассчитанное значение коэффициента Sкм.

Таблица 4

Материал	Значение коэффициента Пуассона
Алюминий	0,34
Медь	0,35
Сталь	0,28

Мостовые схемы, кольцевая схема | Трансформаторное оборудование для преобразовательных установок

Подробности: Категория: Теория

трансформатор
оборудование

Содержание материала

Трансформаторное оборудование для преобразовательных установок
Введение
Статические преобразователи
Схемы и фазность преобразования
Нулевые схемы
Мостовые схемы, кольцевая схема
Схемы с повышенной фазностью преобразования
Схемы и группы соединения обмоток трансформатора
Классификация напряжений и сопротивлений короткого замыкания
Требования к сопротивлениям и напряжениям короткого замыкания
Внешняя характеристика преобразователя, трех- и шестифазная схемы
Регулирование выпрямленного напряжения и стабилизация выпрямленного тока
Схемы регулирования напряжения и стабилизации тока
Плавное и бесконтактное РПН
Комбинированное и пофазное РПН
Выбор испытательных напряжений
Классификация и условные обозначения преобразовательных трансформаторов
Классификация реакторов
Магнитопроводы
Выбор конструкции обмоток
Сетевые обмотки
Вентильные, регулировочные обмотки
Установка и крепление обмоток на магнитопроводе
Отводы сетевых обмоток
Переключающие устройства
Отводы вентильных обмоток
Вводы
Сварные конструкции, общая компоновка трансформаторов
Системы охлаждения
Системы автоматики и контроля
Конструкция обмоток с РПН и их расположение
Приемо-сдаточные испытания
Квалификационные, типовые и периодические испытания
Вопросы эксплуатации преобразовательных трансформаторов
Список литературы

Страница 6 из 35

Мостовые схемы

В преобразователе по мостовой схеме ввод каждой фазы ВО трансформатора подсоединяется к узлу последовательного соединения анодной. и катодной групп вентилей, нагрузка включается между двумя узлами, один из которых является соединением анодов, другой — катодов. Выпрямленное напряжение в трехфазной установке формируется из междуфазного напряжения ВО трансформатора. В отличие от нулевых схем в мостовых схемах преобразования потоки вынужденного намагничивания отсутствуют, так как МДС обмоток СО и ВО всегда скомпенсированы.
Однофазная мостовая схема (рис. 1.9). Однофазный преобразователь по мостовой схеме состоит из однофазного трансформатора и четырех вентилей. В этой схеме по обеим обмоткам трансформатора протекает переменный ток, что исключает возможность появления однонаправленного потока. Для уменьшения потоков рассеяния в преобразователях с трансформаторами стержневого типа обе обмотки располагаются симметрично по обоим стержням магнитной системы либо используется трансформатор броневого типа. Выпрямленное напряжение имеет двухфазную пульсацию (m= 2).

Трехфазная мостовая схема (рис. 1.10). Преобразователь по трехфазной мостовой схеме (схема Ларионова) состоит из трехфазного трансформатора и шести плеч вентилей. В этой схеме СО и ВО трансформатора соединяют в звезду или треугольник. Магнитная система трансформатора уравновешена, так как магнитодвижущие силы обмоток скомпенсированы. Выпрямленное напряжение имеет шестикратную пульсацию, и фазность преобразования равна шести (т = 6). Преобразователь имеет ряд преимуществ: мощности СО и ВО равны, благодаря чему обеспечивается хорошее использование трансформатора; при пробое вентиля обратного тока нет; обратное напряжение мало, так как оно распределяется между двумя последовательно включенными вентилями; в магнитопроводе трансформатора нет потоков вынужденного намагничивания. Преобразователь по мостовой схеме применяется весьма широко.

Кольцевая схема

Преобразователь по кольцевой схеме (рис. 1.11) состоит из трехфазного трехобмоточного трансформатора и шести групп вентилей, замкнутых в кольцо. СО трансформатора соединяют в звезду или треугольник, две части ВО — в две обратные звезды. Ток протекает через вентиль в течение одной шестой части периода (π/3). Схема обеспечивает шестифазное преобразование (m= 6), она занимает промежуточное положение между нулевой и мостовой схемами преобразования. В ней отсутствует реактор, увеличивающий расход активных материалов в нулевой схеме, а падение напряжения в вентилях меньше по сравнению с падением напряжения в мостовой схеме, так как в контуре протекания тока включены параллельно два вентиля. Недостатком схемы является такая же повышенная типовая мощность трансформатора, что и в схеме звезда — две обратные звезды с уравнительным реактором. Схема применяется при сравнительно небольших значениях выпрямленного напряжения, например в сварочных установках или установках гальванотехники.

Рис. 1.10. Трехфазное преобразование по мостовой схеме: а — схема; б— напряжение ВО; в — выпрямленное напряжение XX .
Рис. 1.11. Преобразование по кольцевой схеме:
а — схема; б — напряжение вентильной обмотки и напряжение холостого хода; в — векторная диаграмма

Назад
Вперёд

Назад
Вперёд

Вы здесь:
Главная
Оборудование
Трансформаторы
Теория
Группы соединений обмоток трансформаторов

Еще по теме:

Силовое оборудование для испытаний трансформаторов
Специальное оборудование для управления и регулирования испытаний трансформаторов
Надежность работы электрооборудования и показатель MTBF
Эксплуатация электрооборудования трансформаторных подстанций
Методы диагностики состояния трансформаторного оборудования

Трансформаторы

Мостовая схема выпрямления

Мостовая схема выпрямителя. Принципиальная схема и осциллограммы напряжения в различных точках выпрямителя приведены на рисунке. Основная особенность данной схемы — использование одной обмотки трансформатора при выпрямлении обоих полупериодов переменного напряжения. При выпрямлении положительного полупериода переменного напряжения ток проходит по следующей цепи: Верхний вывод вторичной обмотки — вентиль V2 — верхний вывод нагрузки — нагрузка — нижний вывод нагрузки — вентиль V3 — нижний вывод вторичной обмотки — обмотка.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

Однофазная мостовая схема выпрямления. Схема и принцип действия

Силовая электроника — Выпрямители

Мостовая схема выпрямления

Структурная схема и графики напряжений выпрямителя

Мостовой выпрямитель

Классификация схем выпрямления переменного тока и их параметры

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Мостовая схема

Однофазная мостовая схема выпрямления. Схема и принцип действия

При выпрямлении отрицательного полупериода переменного напряжения ток проходит по следующей цепи: Нижний вывод вторичной обмотки — вентиль V4 — верхний вывод нагрузки — нагрузка — нижний вывод нагрузки — вентиль V1 — верхний вывод вторичной обмотки — обмотка. Как мы видим, в обоих случаях направление тока через нагрузку выделено курсивом одинаково. Преимущества: По сравнению с однополупериодной схемой мостовая схема имеет в 2 раза меньший уровень пульсаций, более высокий КПД, более рациональное использование трансформатора и уменьшение его расчетной мощности.

По сравнению с двухполупериодной схемой мостовая имеет более простую конструкцию трансформатора при таком же уровне пульсаций. Обратное напряжение вентилей может быть значительно ниже, чем в первых двух схемах. Недостатки: Увеличение числа вентилей и необходимость шунтирования вентилей для выравнивания обратного напряжения на каждом из них.

Эта схема выпрямителя наиболее часто применяется в самых различных устройствах. На основе этой схемы, при наличии среднего вывода с вторичной обмотки трансформатора можно получить еще два варианта схем выпрямления:.

На левой схеме отвод от средины вторичной обмотки позволяет получить еще одно напряжение, меньше основного в 2 раза. Таким образом основное напряжение получается с мостовой схемы выпрямления, дополнительное — с двухполупериодной. На правой схеме получается двуполярное напряжение амплитудой в 2 раза меньше чем получаемое в основной схеме.

Оба напряжения получаются с помощью двуполупериодных схем выпрямления. Преобразователи напряжения. Поиск по сайту. Виды преобразователей напряжения. Карта сайта. Что такое преобразователь напряжения? Принципиальная схема и осциллограммы напряжения в различных точках выпрямителя приведены на рисунке U2 — Напряжение вторичной обмотки трансформатора. Uн — Напряжение на нагрузке. Uн0 — Напряжение на нагрузке при отсутствии конденсатора.

Виды преобразователей напряжения Приложение Карта сайта. Мостовая схема выпрямителя Мостовая схема выпрямителя.

Принципиальная схема и осциллограммы напряжения в различных точках выпрямителя приведены на рисунке U2 — Напряжение вторичной обмотки трансформатора Uн — Напряжение на нагрузке. На основе этой схемы, при наличии среднего вывода с вторичной обмотки трансформатора можно получить еще два варианта схем выпрямления: На левой схеме отвод от средины вторичной обмотки позволяет получить еще одно напряжение, меньше основного в 2 раза.

Силовая электроника — Выпрямители

Двухполупериодный выпрямитель более распространен, чем однополупериодный, это связано с многочисленными преимуществами такой схемы. Чтобы объяснить, в чем именно заключается преимущество, следует обратиться к теоретическим основам электротехники. В первую очередь рассмотрим отличие двухполупериодного выпрямителя от однополупериодного, для этого нужно понять принцип работы каждого из них. Примеры схем с осциллограммами дадут наглядное представление о преимуществах и недостатках этих устройств. Теперь рассмотрим осциллограмму в контрольных точках U 1 , U 2 и U n. Временная диаграмма наглядно показывает, что после вентиля диода выпрямленное напряжение представляется в виде характерных импульсов, состоящих из положительных полупериодов. Но несмотря на это, устройства такого типа находят свое применение в цепях с низким токопотреблением.

Однополупериодная схема выпрямления используется в современных Мостовая однофазная схема выпрямления приведена на рисунке

Мостовая схема выпрямления

Ещё в начале ХХ века имел место очень принципиальный спор между корифеями электротехники. Какой ток выгоднее передавать потребителю на большие расстояния: постоянный или переменный? Научный спор выиграли сторонники передачи переменного тока по проводам высоковольтных линий от подстанции к потребителю. Эта система принята во всём мире и успешно эксплуатируется до сих пор. Но большинство электронной техники и не только бытовой, но и промышленной питается постоянными напряжениями и это привело к созданию целой отрасли электрики — преобразование выпрямление переменного тока. После того как электронная лампа была забыта, главным элементом любого выпрямителя стал полупроводниковый диод. Схемотехника выпрямителей весьма обширна, но самым простым является однополупериодный выпрямитель. Напряжение с вторичной обмотки силового трансформатора подаётся на один единственный диод.

Структурная схема и графики напряжений выпрямителя

Для выпрямления переменного тока с помощью полупроводниковых приборов существует много различных схем. Однополупериодная схема с активной нагрузкой приведена на рисунке , где — силовой трансформатор в отличие от выходных, входных и других типов трансформаторов, применяемых в электронных приборах , обмотка I которого является сетевой, а обмотка II — повышающей, В — вентиль и — нагрузка. Под действием положительных импульсов переменного напряжения, возникающего в обмотке II, через вентиль В и нагрузку протекает пульсирующий и прерывистый ток рис. Сопротивление вентиля В непостоянно: оно определяется крутизной вольт-амперной характеристики в каждой точке. Однако при включении последовательно с диодом нагрузки сопротивление Рис.

Выпрямитель состоит из трансформатора, вентильной группы группы выпрямительных диодов или тиристоров и сглаживающего фильтра. При подаче на вход выпрямителя — на первичную обмотку трансформатора — переменного напряжения u 1 на выходе выпрямителя — на нагрузке — появляется постоянное напряжение u.

Мостовой выпрямитель

Однофазная мостовая схема при работе на активную нагрузку. В данную схему включают четыре вентиля рис. К одной диагонали моста подключают переменное напряжение u2, а к другой диагонали — нагрузку г. Вентили V2 и V4 за этот полупериод находятся под обратным напряжением.. За второй полупериод, когда полярность точек а и б изменится, ток t0 проходит от точки б через вентиль V2, сопротивление нагрузки г и вентиль V4 к точке а.

Классификация схем выпрямления переменного тока и их параметры

Схема однофазного мостового выпрямителя представлена на рис. Силовой трансформатор не является обязательным элементом схемы и вводится при необходимости изменения величины переменного напряжения, подводимого к мосту. Каждое плечо моста содержит диод. На рис. К мосту подводится напряжение u2, амплитуда которого связана с амплитудой напряжения u1 на входе выпрямительного устройства, показанного на рис.

Для мостовых схем выпрямления параметры полупериодность и тактность совпадают. На практике перечисленные схемы выпрямителей получили.

На рисунке изображена мостовая схема выпрямителя. Четыре диода включены таким образом, что ток через нагрузку течет только в одном направлении. На следующем рисунке показано прохождение тока в течение положительного полупериода входного сигнала.

В однофазной мостовой схеме к одной из диагоналей моста подключается источник переменного напряжения вторичная обмотка трансформатора , а к другой — нагрузка. В мостовой схеме диоды работают попарно: в течение одной половины периода сетевого напряжения ток протекает от вторичной обмотки трансформатора по цепи VD1, RН, VD2, а на втором полупериоде — по цепи VD3, RН, VD4, причем в каждом полупериоде через нагрузку ток проходит в одном направлении, что и обеспечивает выпрямление. Коммутация диодов происходит в моменты перехода переменного напряжения через нуль. Временные диаграммы для мостовой схемы, изображённы на рисунке 2. У мостовой схемы в каждом полупериоде ток проходит одновременно через два диода например, VD1, VD2 , потому временные зависимости токов и напряжений будут принадлежать парам вентилей.

В данной статье расскажем что такое выпрямитель тока, принципы его работы и схемы выпрямления электрического тока. Выпрямитель электрического тока — электронная схема, предназначенная для преобразования переменного электрического тока в постоянный одно полярный электрический ток.

Компьютерные сети Системное программное обеспечение Информационные технологии Программирование. Все о программировании Обучение Linux Unix Алгоритмические языки Аналоговые и гибридные вычислительные устройства Архитектура микроконтроллеров Введение в разработку распределенных информационных систем Введение в численные методы Дискретная математика Информационное обслуживание пользователей Информация и моделирование в управлении производством Компьютерная графика Математическое и компьютерное моделирование Моделирование Нейрокомпьютеры Проектирование программ диагностики компьютерных систем и сетей Проектирование системных программ Системы счисления Теория статистики Теория оптимизации Уроки AutoCAD 3D Уроки базы данных Access Уроки Orcad Цифровые автоматы Шпаргалки по компьютеру Шпаргалки по программированию Экспертные системы Элементы теории информации Главная Тексты статей Добавить статьи Контакты Мостовая схема выпрямления Дата добавления: ; просмотров: ; Нарушение авторских прав. Принципиальная схема однофазного двухтактного выпрямителя при различном типе нагрузки активной и активно-емкостной изображена на рис. Схема представляет собой мост вентилей, в одну диагональ которого включена нагрузка, а в другую — переменное напряжение от вторичной обмотки сетевого трансформатора. При выпрямлении положительного полупериода переменного напряжения ток проходит по следующей цепи: верхний вывод вторичной обмотки — вентиль VD1 — верхний вывод нагрузки — нагрузка — нижний вывод нагрузки — вентиль VD4 — нижний вывод вторичной обмотки — обмотка. При выпрямлении отрицательного полупериода переменного напряжения ток проходит по следующей цепи: нижний вывод вторичной обмотки — вентиль VD3 — верхний вывод нагрузки — нагрузка — нижний вывод нагрузки — вентиль VD2 — верхний вывод вторичной обмотки — обмотка.

С помощью выпрямителей осуществляется преобразование энергии переменного тока в энергию постоянного тока. В промышленных установках применяют различные схемы выпрямления переменного тока в постоянный, каждая из которых имеет свои достоинства и недостатки. При сравнении различных схем выпрямления учитывают следующие их технические характеристики: число полупроводниковых приборов, коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения, габаритную мощность трансформатора.

Трехфазная мостовая схема выпрямления при работе на активную нагрузку

Подробности: Категория: Электроснабжение

связь
электропоезд

Содержание материала

Электропитающие устройства и линии автоматики, телемеханики и связи
Классификация воздушных линий
Типовые профили опор ВЛ, ВСЯ СЦБ и ВЛС
Материалы и арматура воздушных линий
Арматура ВЛ, ВСЛ СЦБ и ВЛС
Опоры
Опоры высоковольтных и высоковольтно-сигнальных линий СЦБ
Опоры воздушных линий связи
Оборудование высоковольтных линий автоматики и телемеханики
Оборудование воздушных линий связи
Устройство удлиненных пролетов, пересечений и переходов
Заземления в устройствах автоматики, телемеханики и связи
Типы и конструкции заземляющих устройств
Строительство воздушных линий
Техобслуживание и ремонт ВЛ
Механизация работ при строительстве и ремонте ВЛ
Техника безопасности при работах на ВЛ
Назначение и классификация кабельных линий
Конструкция кабелей
Скрутка жил кабелей
Защитные оболочки и покровы кабелей
Кабели для устройств автоматики и телемеханики
Железнодорожные кабели связи
Оборудование, арматура КЛ автоматики и телемеханики
Оборудование, арматура КЛ связи
Строительство кабельных линий
Транспортировка и прокладка кабелей
Монтаж сигнально-блокировочных кабелей
Монтаж сигнально-блокировочных кабелей с полиэтиленовой оболочкой
Монтаж силовых кабелей
Монтаж контрольных кабелей
Паспортизация кабельных линий
Механизация кабельных работ
Техническое обслуживание и ремонт кабельных линий
Эксплуатация кабельных линий и сетей в зимних условиях
Техника безопасности при работах на кабельных линиях
Влияние электрических железных дорог и ЛЭП на ВЛ и КЛ связи и автоматики
Электрическое и гальваническое влияние электрических железных дорог
Мешающие влияния электрических железных дорог и ЛЭП
Нормы опасных и мешающих влияний железных дорог и ЛЭП
Средства защиты от опасных и мешающих влияний железных дорог на переменном токе
Средства защиты от опасных и мешающих влияний железных дорог на постоянном токе
Средства защиты от опасных и мешающих влияний ЛЭП
Защита полупроводниковых приборов от перенапряжений
Схемы защиты полупроводниковых приборов от перенапряжений
Воздействие и защита от молнии
Защита кабельных вставкок и линейных трансформаторов от атмосферных перенапряжений
Схемы защиты приборов автоблокировки от атмосферных перенапряжений
Защита устройств полуавтоматической блокировки от атмосферных перенапряжений
Защита кабелей от коррозии
Электрические методы защиты кабелей от коррозии
Защита кабелей от межкристаллитной коррозии
Принцип работы генератора постоянного тока
Реакция якоря генератора постоянного тока
Коммутация тока генератора постоянного тока
Типы генераторов постоянного тока
Принцип действия двигателя постоянного тока
Характеристики двигателей постоянного тока
Однофазный трансформатор
Трехфазный трансформатор
Автотрансформаторы и дроссели насыщения
Пусковые трансформаторы
Линейные и силовые трансформаторы
Путевые дроссель-трансформаторы
Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
Однофазный асинхронный двигатель
Синхронные генераторы
Первичные химические источники тока
Свинцовые аккумуляторы
Переносные свинцовые аккумуляторы и батареи
Электролит в свинцовых аккумуляторах
Химические процессы в свинцовых аккумуляторах
Электрические характеристики свинцовых аккумуляторов
Установка и монтаж стационарных свинцовых аккумуляторных батарей
Режимы работы свинцовых аккумуляторных батарей
Заряд, разряд, перезаряд свинцовых аккумуляторов
Правила эксплуатации свинцовых аккумуляторов
Способы устранения неисправностей свинцовых аккумуляторов
Щелочные никель-железные и никель-кадмиевые аккумуляторы
Аккумуляторные помещения с щелочные аккумуляторами
Электрические вентили и выпрямительные устройства
Классификация и параметры схем выпрямления переменного тока
Однофазная мостовая схема выпрямления при работе на активную нагрузку
Трехфазная мостовая схема выпрямления при работе на активную нагрузку
Влияние характера нагрузки на работу выпрямительных схем
Выпрямители, применяемые в устройствах автоматики и телемеханики
Электромагнитные и полупроводниковые преобразователи
Особенности электроснабжения устройств
Энергоснабжение устройств автоблокировки
Система питания переменным током
Смешанная система питания
Электропитание от высоковольтных проводов, подвешенных на опорах контактной сети
Электропитание устройств переездной сигнализации и полуавтоматической блокировки
Техническое обслуживание устройств электропитания на перегонах и станциях
Питающие пункты устройств автоматики и телемеханики
Приборы контроля и управления устройствами электропитания
Электропитание устройств автоматики и телемеханики крупных станций
Щитовая установка электропитания устройств централизации на крупных станциях
Щитовая установка электропитания устройств централизации — панель ПРББ
Щитовая установка электропитания устройств централизации — релейная панель горочной централизации
Щитовая установка электропитания устройств централизации — панели выпрямителей
Щитовая установка электропитания устройств централизации — панель конденсаторов ПК1
Электропитание устройств электрической централизации малых станций
Устройства электропитания электрической централизации промежуточных станций
Электропитающие установки безбатарейной и батарейной систем литания ЭЦ промежуточных станций
Автоматизированные дизель-генераторы и резервные электростанции

Страница 84 из 106

Трехфазная мостовая схема при работе на активную нагрузку (рис. 230).
Эту схему применяют в выпрямительных устройствах, предназначенных для электропитания устройств железнодорожной автоматики и телемеханики.
Схема состоит из трехфазного трансформатора Т, первичные и вторичные обмотки которого можно соединять звездой и треугольником. В схеме имеется шесть вентилей. Катоды вентилей VI, V2 и V3 соединяют в общую точку К, которая является положительным полюсом выпрямительного устройства. Общая точка анодов А вентилей V4, V5 и V6 является отрицательным полюсом выпрямительного устройства.

Рис. 230. Трехфазная мостовая схема (а) и диаграммы напряжений и токов в трехфазной мостовой схеме (б и в)
На рис. 230, б представлены кривые фазных напряжений вторичных обмоток трансформатора иф1 = φа — φ0; иф2 — φь — φ0
мФз = φс — φо· Если потенциал нулевой точки обмоток принять равным нулю, то эти кривые будут изображать потенциалы точек а, b и с, т. е. uФ1 = φн; uф2 = φ,; и ифз — φс.
В течение времени ίλ — /2, равного ~ периода Т, наибольшим положительным потенциалом обладает точка а, а наибольшим отрицательным потенциалом — точка Ь. Поэтому ток в цепи проходит от точки а через вентиль VI, сопротивление нагрузки г и вентиль V5 к точке Ь. В течение времени t2 — t3 наибольшим положительным потенциалом обладает точка а, наибольшим отрицательным потенциалом — точка с. Поэтому ток проходит через вентили VI и V6.
За каждую часть периода через нагрузку будет проходить ток
в одном направлении — от общей точки катодов вентилей VI, V2 и V3 к анодной точке вентилей V4, V5 и V6. Кривые выпрямленного тока t0 и напряжения и0 = i0r представлены на рис. 230, в. Под каждым импульсом выпрямленного тока указаны номера одновременно работающих вентилей.
В трехфазной мостовой схеме напряжения выпрямляются за оба полупериода, т. е. в течение времени tl — t3 выпрямляется один полупериод напряжения, а за время t4 — te — второй полупериод напряжения. Следовательно, по вторичным обмоткам трансформатора токи проходят как в положительную, так и в отрицательную часть периода, в результате чего отсутствует вынужденное намагничивание сердечника трансформатора.

В трехфазной мостовой схеме выпрямленный ток достигает максимума 6 раз за период. Следовательно, частота основной гармоники выпрямленного напряжения в 6 раз больше частоты напряжения сети, т. е. /ог = 300 Гц.
Основные параметры трехфазной мостовой схемы, работающей на активную нагрузку, приведены в табл. 14.
Трехфазная мостовая схема имеет следующие преимущества перед трехфазной однополупериодной схемой: лучшее использование обмоток трансформатора и отсутствие вынужденного намагничивания сердечника, благодаря чему достигается значительное уменьшение размеров и массы трансформатора; меньшая величина и более высокая частота пульсаций выпрямленного напряжения, что позволяет значительно уменьшить размеры, массу и стоимость сглаживающего фильтра.
Основным недостатком схемы является необходимость применения шести вентилей вместо трех. Кроме того, последовательное включение двух работающих вентилей (особенно высокоомных) уменьшает напряжение с увеличением тока нагрузки. Поэтому в трехфазной мостовой схеме обычно используют полупроводниковые вентили, обладающие небольшим внутренним сопротивлением.

<< Назад
Вперёд >>

Назад
Вперёд

Последние публикации

Наводнение в Пакистане нанесло «беспрецедентный ущерб» железнодорожной сети 28 сентября 2022
Федеральный министр железных дорог Пакистана (ПЖД) г-н Хаваджа Саад Рафик сказал, что недавние наводнение нанесло…
Hitachi Rail представила передовой аккумуляторный гибридный поезд 23 сентября 2022
Построенный для компании Trenitalia, гибридный поезд на аккумуляторных батареях сократит выбросы углекислого газа…
org/Article»> Грузовой подвижной состав на выставке InnoTrans 2022 22 сентября 2022
DB Cargo представила 3 грузовых вагона, локомотив и цифровую автосцепку. Рассмотрим грузовые транспортные средства…
InnoTrans возвращается через четыре долгих года 20 сентября 2022
После четырехлетнего перерыва организации-учредители InnoTrans — VDB, UNIFE, VDV, ZVEI и DVF — с ощутимым…
Конструкции железнодорожных транспортеров 20 сентября 2022
ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ ПО АВТОМАТИЗАЦИИ И МАШИНОСТРОЕНИЮ (ЦИНТИАМ) ГОСУДАРСТВЕННОГО…

Близкие публикации:

Установка и монтаж стрелочных электроприводов
Защита приборов СЦБ и связи от перенапряжений
Дистанция сигнализации и связи
Перечень инструментов, приборов, средств связи и ТБ для электромонтеров СЦБ
Громкоговорящая связь

Что такое мостовая схема? (с изображением)

Гейша А.

Легаспи

Дата последнего изменения: 13 сентября 2022 г.

Мостовая схема представляет собой электрическую схему, в которой используется параллельное соединение двух последовательных ветвей компонентов. Обычно он состоит из четырех компонентов с ответвлениями в середине параллельных ветвей для сравнения выходных данных или для специальных выходных сигналов. В мостовой схеме могут использоваться пассивные устройства, такие как резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности и даже диоды. В случае диодов схема диодного моста широко известна как мостовой выпрямитель или мост Гретца. В мостовой схеме могут также использоваться активные компоненты, такие как биполярные и полевые транзисторы.

Резистор — это электронный компонент, который может понизить напряжение в цепи и поток электрического тока.

Мост Уитстона представляет собой мостовую схему, в которой используются три известных резистора и неизвестное сопротивление в положении тестового резистора. Для источника питания постоянного тока (DC) с заземленной отрицательной клеммой выходное напряжение в общем узле двух последовательно соединенных резисторов зависит от соотношения сопротивлений последовательно. Если напряжение питания постоянного тока составляет 12 вольт (В), с сопротивлением 6 кОм (кОм) последовательно с другим сопротивлением 6 кОм, выход +6 В относительно земли. В случае, если другая пара последовательных резисторов подключена параллельно первому набору резисторов, а резисторы одинаковы, например, 3 кОм последовательно с другим 3 кОм, напряжение в узле, общее для обоих 3 кОм резисторов с сопротивлением ом также составляет +6 В по отношению к земле, а результирующее напряжение на общих узлах равно 0 В. Мост Уитстона может косвенно измерять сопротивление с помощью нулевой индикации напряжения, которая является функцией разности напряжений между выходами два делителя напряжения.

Специализированные версии моста Уитстона включают мост Кельвина и мост Максвелла. Мост Кельвина подобен мосту Уитстона с добавленными резисторами, которые позволяют измерять очень низкие сопротивления, в то время как мост Максвелла измеряет индуктивность с помощью моста с емкостью и сопротивлением. Что касается опережающих и запаздывающих напряжений, катушка индуктивности, включенная последовательно с резистором, создает запаздывающее напряжение на резисторе. Между тем, резистор, включенный последовательно с емкостью, также создает запаздывающее напряжение на емкости. Неизвестную индуктивность можно узнать, обнаружив нулевое напряжение на мосту при заданной емкости.

Генераторы мостового типа

, генерирующие синусоидальные сигналы, включают в себя мостовую Т-схему и мостовой генератор Вина. Мостовая Т-схема использует мост и Т-образную схему сопротивления, емкости и индуктивности для управления синусоидальным выходным сигналом для генераторов с мостовой Т-схемой и управляет выходным сигналом и фазовыми сдвигами для фильтров мостовой Т-схемы. Мостовые генераторы Вина используют мостовую схему сопротивление-емкость для управления синусоидальным выходным сигналом, генерируемым генератором. Существуют также специальные мостовые схемы, такие как петлевой мост Мюррея, который используется для оценки мест повреждения кабелей, и мост Фонтана, который представляет собой преобразователь напряжения в ток с использованием операционных усилителей.

Схема моста Уитстона | Теория, пример и приложения

В этом уроке мы узнаем о мосте Уитстона. Мы увидим принцип работы моста Уитстона, несколько примеров схем и некоторые важные приложения.

Краткое описание

Введение

В мире аналоговой электроники мы сталкиваемся с различными сигналами, некоторые из них измеряются изменениями сопротивления, а некоторые — изменениями индуктивности и емкости.

Если принять во внимание сопротивление, то большинство промышленных датчиков, таких как температура, деформация, влажность, смещение, уровень жидкости и т. д., производят изменение значения сопротивления на эквивалентное изменение соответствующей величины. Следовательно, существует потребность в преобразовании сигнала для каждого датчика, основанного на сопротивлении.

Например, самое простое устройство, о котором мы можем подумать, это светозависимый резистор или LDR. Как следует из названия, LDR — это устройство, сопротивление которого изменяется в зависимости от количества падающего на него света.

Обычно измерения сопротивления делятся на три типа:

- Измерение низкого сопротивления
- Измерение среднего сопротивления
- Измерение высокого сопротивления

Если измерение сопротивления составляет от нескольких микроом до миллиом, то это считается измерением низкого сопротивления. Это измерение фактически используется в исследовательских целях. Если измерение находится в диапазоне от 1 Ом до нескольких сотен кОм, обычно это измерение среднего сопротивления. К этой категории относится измерение обычных резисторов, потенциометров, термисторов и т. д.

Очень высокое сопротивление считается измерением от нескольких мегаом до более чем 100 мегаом. Для нахождения среднего значения сопротивления используются разные методы, но в основном используется мост Уитстона.

Что такое мост Уитстона?

Мостовые сети или схемы являются одним из самых популярных и популярных электрических инструментов, часто используемых в измерительных цепях, схемах преобразователей, схемах переключения, а также в генераторах.

Мост Уитстона — одна из самых распространенных и простых мостовых сетей/цепей, которую можно использовать для очень точного измерения сопротивления. Но часто мост Уитстона используется с датчиками для измерения физических величин, таких как температура, давление, деформация и т. д.

Мост Уитстона используется в приложениях, где необходимо измерять небольшие изменения сопротивления в датчиках. Это используется для преобразования изменения сопротивления в изменение напряжения преобразователя. Комбинация этого моста с операционным усилителем широко используется в промышленности для различных преобразователей и датчиков.

Например, сопротивление термистора изменяется при изменении температуры. Точно так же тензорезистор, когда он подвергается давлению, силе или смещению, изменяет свое сопротивление. В зависимости от типа применения мост Уитстона может работать либо в сбалансированном, либо в несбалансированном состоянии.

Мост Уитстона состоит из четырех резисторов (R ₁ , R ₂ , R ₃ и R ₄ ), которые соединены в форме ромба с источником питания постоянного тока, подключенным сверху и снизу. точках (C и D на схеме) ромба, а выход берется через два других конца (A и B на схеме).

Этот мост используется для очень точного определения неизвестного сопротивления путем сравнения его с известным значением сопротивлений. В этом мосту для нахождения неизвестного сопротивления используется состояние Null или Balanced.

Чтобы этот мост находился в сбалансированном состоянии, выходное напряжение в точках A и B должно быть равно 0. Из приведенной выше схемы:

Мост находится в сбалансированном состоянии, если:

В _OUT = 0 В

Чтобы упростить анализ приведенной выше схемы, давайте перерисуем ее следующим образом:

Теперь для сбалансированного состояния напряжение на резисторах R ₁ и R ₂ одинаково. Если V ₁ – это напряжение на R ₁ и В ₂ — напряжение на R ₂ , тогда:

В ₁ = В ₂

Аналогично равны и напряжения на резисторах R ₃ (назовем его V ₃ ) и R ₄ (назовем его V ₄ ). Итак,

В ₃ = В ₄

Отношения напряжений можно записать как:

В ₁ / В ₃ = В ₂ / В ₄

Из закона о Ом мы получаем:

I ₁ R ₁ / I ₃ R ₃ = I ₂ R ₂ / I ₄ R _{4 ₂ / I ₄ R ₄66 / I ₄ R ₄6 / I ₄ R ₄ 2} / I ₄ R _{4 ₂ / I ₄ R} 4

С I ₁ = I ₃ и I ₂ = I ₄, мы получаем:

R ₁ / R ₃ = R ₂ / R ₄ = R ₂ / R ₄6 = R ₂ / R ₄6 = R ₂ / R ₄6 = R ₂ / R ₄6 = R ₂ / R ₄ 3 .

Из приведенного выше уравнения, если мы знаем значения трех резисторов, мы можем легко вычислить сопротивление четвертого резистора.

Альтернативный способ расчета резисторов

Из перерисованной схемы, если V _IN является входным напряжением, то напряжение в точке A равно: Р ₃ ))

Аналогично, напряжение в точке B равно:

В _IN ( R ₄ / (R ₂ + R ₄ ))

Для балансировки моста V _OUT = 0. Но мы знаем, что V _OUT = В _А – В _В .

Итак, в состоянии сбалансированного моста,

V _A = V _B

Используя приведенные выше уравнения, мы получаем:

V _IN ( R ₃ / (R ₁ + R ₃ )) = V _IN ( R 5 6 6 R _{4 900 Р ₄ ))}

После простых манипуляций с приведенным выше уравнением мы получаем:

R ₁ / R ₃ = R ₂ / R ₄

Из приведенного выше уравнения, если R ₁ является неизвестным резистором, его значение может быть рассчитано по известным значениям R ₂ , R ₃ и R ₄ . Как правило, неизвестное значение обозначается как R _X, а из трех известных сопротивлений один резистор (в основном R ₃ в приведенной выше схеме) обычно представляет собой переменный резистор, называемый R _V .

Найти неизвестное сопротивление с помощью сбалансированного моста Уитстона

В приведенной выше схеме предположим, что R ₁ — неизвестный резистор. Итак, назовем его R _X. Резисторы R ₂ и R ₄ имеют фиксированный номинал. Это означает, что соотношение R ₂ / R ₄ также является фиксированным. Теперь, исходя из приведенного выше расчета, для создания сбалансированного состояния соотношение резисторов должно быть равным, т. е.

R _X / R ₃ = R ₂ / R ₄

Поскольку соотношение R ₂ / R ₄ фиксировано, мы можем легко подобрать другой известный резистор (R ₃ ) для достижения вышеуказанного условия. Отсюда важно, чтобы R ₃ был переменным резистором, который мы называем R _V .

Но как определить состояние равновесия? Здесь можно использовать гальванометр (амперметр старой школы). Поместив гальванометр между точками A и B, мы можем определить состояние равновесия.

С R _X, помещенным в цепь, регулируйте R _V, пока гальванометр не укажет на 0. В этот момент запишите значение R _В . Используя следующую формулу, мы можем вычислить неизвестный резистор R _X.

R _X = R _V (R ₂ / R ₄ )

Несбалансированный мост Уитстона

Если V _OUT в приведенной выше схеме не равен 0 (V _OUT ≠ 0), говорят, что мост Уитстона является несбалансированным. Обычно несбалансированный мост Уитстона часто используется для измерения различных физических величин, таких как давление, температура, деформация и т. д.

Чтобы это работало, преобразователь должен быть резистивного типа, т. е. сопротивление преобразователя изменяется соответствующим образом при изменении измеряемой величины (температура, деформация и т. д.). Вместо неизвестного резистора в предыдущем примере расчета сопротивления мы можем подключить преобразователь.

Мост Уитстона для измерения температуры

Давайте теперь посмотрим, как мы можем измерять температуру с помощью несбалансированного моста Уитстона. Преобразователь, который мы собираемся здесь использовать, называется термистором, который представляет собой резистор, зависящий от температуры. В зависимости от температурного коэффициента термистора изменения температуры будут либо увеличивать, либо уменьшать сопротивление термистора.

В результате выходное напряжение моста V _OUT станет ненулевым значением. Это означает, что выходное напряжение V _OUT пропорционально температуре. Путем калибровки вольтметра мы можем отображать температуру с точки зрения выходного напряжения.

Мост Уитстона для измерения деформации

Одним из наиболее часто используемых применений моста Уитстона является измерение деформации. Тензодатчик — это устройство, электрическое сопротивление которого изменяется пропорционально механическим факторам, таким как давление, сила или деформация.

Обычно диапазон сопротивления тензорезистора составляет от 30 Ом до 3000 Ом. Для данной деформации изменение сопротивления может составлять лишь часть полного диапазона. Поэтому для точного измерения относительных изменений сопротивления используется конфигурация моста Уитстона.

На схеме ниже показан мост Уитстона, в котором неизвестный резистор заменен тензодатчиком.

Под действием внешней силы изменяется сопротивление тензодатчика, в результате чего мост становится неуравновешенным. Выходное напряжение можно откалибровать для отображения изменений деформации.

Одной из популярных конфигураций тензометров и моста Уитстона являются весы. При этом тензодатчики тщательно смонтированы как единое целое, называемое тензодатчиками, которое представляет собой преобразователь, преобразующий механическую силу в электрический сигнал.

Обычно весы состоят из четырех тензодатчиков, где два тензодатчика расширяются или растягиваются (на растяжение) при воздействии внешней силы, а два тензорезистора сжимаются (на сжатие) при приложении нагрузки.

Если тензорезистор растягивается или сжимается, то сопротивление может увеличиваться или уменьшаться. Следовательно, это вызывает разбалансировку моста. Это дает индикацию напряжения на вольтметре, соответствующую изменению напряжения. Если деформация, приложенная к тензодатчику, больше, то разность напряжений на клеммах тензорезистора больше. Если деформация равна нулю, то мост уравновешивается, и счетчик показывает нулевое значение.

Речь идет об измерении сопротивления с использованием моста Уитстона для точного измерения. Из-за дробного измерения сопротивления мосты Уитстона в основном используются в измерениях тензодатчиков и термометров.

Применение

Мост Уитстона используется для точного измерения очень низких значений сопротивления.
Мост Уитстона вместе с операционным усилителем используется для измерения физических параметров, таких как температура, деформация, свет и т. д.
Мы также можем измерить емкость, индуктивность и полное сопротивление, используя вариации моста Уитстона.

Заключение

Руководство для начинающих по мосту Уитстона. Вы узнали, что такое схема моста Уитстона, что означает сбалансированный мост, как рассчитать неизвестное сопротивление с помощью моста Уитстона, а также как можно использовать несбалансированный мост Уитстона для измерения различных физических величин, таких как температура и деформация.

Мост Уитстона — схема, работа, пример и применение

Содержание

Мост Уитстона

Мост Уитстона представляет собой электрическую цепь, которая используется для расчета неизвестного сопротивления. Он также использовался для калибровки измерительных приборов, таких как вольтметры, амперметры и т. Д. В нем используется концепция балансировки потенциалов с использованием переменного сопротивления.

Сэмюэл Хантер Кристи первоначально изобрел его в 1833 году, но сэр Чарльз Уитстон позже усовершенствовал его до формы, которую мы знаем сегодня, в 1843 году. Мост Уитстона был назван за его вклад в его разработку. Несмотря на то, что измерение сопротивления в наши дни можно легко выполнить с помощью мультиметра, мост Уитстона все еще можно использовать для довольно точного измерения неизвестных сопротивлений, вплоть до миллиомного диапазона. Его также называют мостом сопротивления, потому что его работа сильно зависит от резисторов.

В наши дни его можно использовать для многих других целей, кроме расчета сопротивлений. Эти приложения очень разнообразны: от измерения интенсивности света, деформации или давления до калибровки потенциометров и термисторов.

Основная идея моста Уитстона очень интуитивна, если есть базовые знания о свойствах тока и напряжения. Его схема также довольно проста. Два сопротивления включены последовательно. Таких ветвей сопротивлений два набора, они подключены параллельно к источнику напряжения.

Сбалансированный мост Уитстона обеспечивает нулевую разность напряжений между двумя параллельными ветвями. Сопротивления образуют ромбовидную форму, обеспечивающую ток с двумя входными путями и двумя выходными путями. Типичный мост Уитстона показан на рисунке ниже.

Мост Уитстона Принципиальная схема

Вывод, уравнения и формулы

На приведенной выше схеме допустим, что R ₁

6 и R 90_{065 2} — известные резисторы, R ₃ — переменные резисторы, а R ₄ — неизвестные, скажем, R _X. Теперь, чтобы создать состояние моста пшеничного камня, через провод CD не должен проходить ток или потенциал в точках C и D должен быть одинаковым. Пусть токи в пути ACB равны i ₁, а в пути ADB равны i ₂ .

В ₁ — потенциал падения сопротивления R ₁ , В ₂ — потенциал падения сопротивления R ₂ , В ₃ — потенциал падения сопротивления R ₃ и В _X — потенциал падения сопротивления R _X . Поэтому в соответствии с законом OHM мы можем написать уравнения, приведенные ниже:

V ₁ = I ₁ x R ₁… (1)

V ₂6 = 3333. 9797 V ₂6 = 333333.

797. x R ₂ …(2)

V ₃ = i ₂ x R ₃… (3)

V _x = I ₂ x R _x… (4)

Теперь, чтобы иметь Zero Tuccury Tucury CD -CRTAGE в ₁₀₀₀₃

. должно быть равно падению напряжения на R ₃ . Аналогично падение напряжения на R ₂ должно быть равно R _X . Следовательно, мы можем приравнять уравнение (1) к уравнению (3) и уравнение (2) к уравнению (4).

В ₁ = В ₃ => I ₁ x R ₁ = I ₂ x R ₃… .. (5)

V ₂ = V _{4 9006 => 33333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333396. x R ₂ = I ₂ x R _x… .. (6)}

Разделительное уравнение (5) Уравнение (6)

( I ₁

( I ₁6666666666666666666666666666666666666666. . ) / ( i ₁ x R ₂) = ( i ₂ x R ₃ ) / ( i ₂ x R _X )

=> R ₁ / R ₂ = R ₃ / R _X

= > R _X = (R ₂ / R ₁ ) x R ₃ для сбалансированного моста из пшеничного камня.

Пример: сбалансированный и несбалансированный мост Уитстона
Рассмотрим один пример, используя ту же схему, что и в объяснении выше, R ₁ = 50 Ом, R ₂ = 100 Ом, R ₃ = 40 Ом и R ₄ (или R _X ) = 120 Ом и напряжение источника V _S вольт.
Рассчитать напряжения в точках C и D можно по формулам: _D = (R ₄ / (R ₃ + R ₄ )) x V _S
V _C = (100 Ом / (50 Ом + 100 Ом) x 10V = 6,67 Вольт и V _D = (120 Ом / (40 Ом + 120 Ом)) x 10V = 7.5.5.5.5.788.98 8. .
Сейчас В _ВЫХ = В _С – В _D = 6,67В – 7,5В что не равно нулю.
Это несбалансированный мост из пшеничного камня .
Давайте найдем правильное значение R ₄, для которого он становится сбалансированным мостом из пшеничного камня.
R ₁ / R ₂ = R ₃ / R ₄
R ₄ = (R ₂ / R ₁). X R ₃). 100 Ом / 50 Ом) x 40 Ом = 80 Ом «Ом».
Если R ₄ = 80 Ом, наша схема станет сбалансированным мостом из пшеничного камня .
Работа и работа моста Уитстона
Для работы моста Уитстона необходимо знать значения сопротивлений по крайней мере двух резисторов. Также нам понадобится реостат и гальванометр. Неизвестное сопротивление можно рассчитать, используя известные значения и показания сопротивления переменного сопротивления.
Пусть на схеме моста Уитстона неизвестное сопротивление равно R ₂ . А известные сопротивления равны R ₁ и R ₃ . Остаточное сопротивление R ₄ является переменным сопротивлением, которое получают с помощью реостата. Сопротивление R ₄ необходимо регулировать до тех пор, пока мост не будет сбалансирован.
Это означает, что ток через гальванометр, подключенный между точками C и D, не течет. Гальванометр вычисляет напряжение В _ВЫХ . В этот момент, используя анализ тока и напряжения, мы можем написать, что отношение сопротивлений на каждой ноге одинаково. Это равенство применимо только тогда, когда мост Уитстона уравновешен.
Записав приведенное выше утверждение в виде уравнения, мы получим
R ₁ / R ₂ = R ₃ / R ₄
Из приведенного выше уравнения мы можем вычислить значение неизвестного значения сопротивления. Поскольку с помощью гальванометра можно очень точно достичь точки равновесия, а если значения известных сопротивлений также известны с высокой точностью, значение неизвестного сопротивления, в приведенном выше случае R ₄ можно очень точно рассчитать.
Однако для этого метода требуется реостат, а он доступен не всем. В этом случае мы можем рассчитать значение неизвестного сопротивления, используя разность потенциалов между средними точками двух ветвей резистора.
Эта схема имеет множество применений и часто применяется для измерения деформации провода. Это также может быть использовано для измерений термометром сопротивления. Процесс без переменного сопротивления, как правило, быстрее, потому что настройка реостата на ноль может быть трудным и утомительным процессом, когда это нужно делать несколько раз.
Расчет сопротивления с использованием падения напряжения в средних точках двух ветвей резистора можно выполнить с помощью программируемого калькулятора, чтобы получить точные и точные значения.
Хотя мост Уитстона первоначально предназначался для измерения неизвестных сопротивлений, он был модифицирован для расчета других электрических свойств компонентов. Варианты моста Уитстона можно использовать для измерения импеданса, индуктивности и емкости.
Существуют и другие формы моста Уитстона, которые модифицированы для измерения доли горючих газов в данном образце, например, в взрывометре. Мост Кевина — еще один вариант моста Уитстона, модифицированный для измерения очень низких сопротивлений.
Есть также много физических свойств, которые имеют свою собственную схему, в которой изменение любого из свойств может повлиять на сопротивление. Такие схемы используются в мосте Уитстона для косвенного получения неизвестных значений физических свойств из изменений сопротивления.
Этот метод был применим только для измерений постоянного тока, но Джеймс Клерк Максвелл расширил эту концепцию до измерений переменного тока (AC) в 1865 году. Дальнейшее развитие он получил Аланом Блюмлейном в 1926. Эта новая концепция, которая была тесно связана, но была собственным изобретением, получила название моста Блюмлейна в честь Алана Блюмлейна за его вклад.
Применение моста Уитстона
Мост Максвелла и мост Вейна являются модификациями оригинального моста Уитстона, который используется для расчетов с реактивными измерениями, а не только с резисторами
Мост Кэри Фостер — это еще один тип моста Уитстона, который может измерять очень малые сопротивления.
Мост Кельвина также представляет собой тип моста Уитстона, который модифицирован таким образом, что можно измерять сопротивление с четырьмя выводами вместо обычных резисторов с двумя портами.
Вот некоторые примеры применения моста Уитстона в реальной жизни.
Применение моста Уитстона в светочувствительном детекторе
Применение светочувствительных цепей различными способами способствует эффективному энергосбережению. Основное применение светочувствительных устройств — контроль и регулировка периферийных устройств в доме, например, управление переменным током в отсутствие людей или устройства, которые, как правило, постоянно включены, и мы склонны забывать их выключать.
Эти светочувствительные устройства выключают эти типы устройств при отсутствии света. Хотя существует множество механизмов, обеспечивающих чувствительность к свету, для этого мы будем использовать мост Уитстона.
Цепь, которая определяет свет, в основном управляется резистором специального типа, называемым светочувствительным резистором (LDR). Такая схема, которая использует LDR и воспринимает свет, называется схемой детектора света.
Работа светозависимого резистора очень проста, его сопротивление изменяется при наличии и отсутствии света. Таким образом, создается разница в протекании тока во время и после включения света. Когда нет света, LDR имеет значение сопротивления, которое находится в диапазоне мегаом.
Когда LDR окружен светом, его сопротивление падает с нескольких мегаом до нескольких сотен ом. LDR работает по принципу фотопроводимости, лежащему в основе производства солнечной энергии. Когда свет падает на поверхность LDR, энергия, которую несут фотоны, используется для возбуждения в нем носителей заряда, и он становится более проводящим. Можно также сказать, что его сопротивление уменьшается.
Электроны, слабо связанные в валентной оболочке полупроводникового прибора, поглощают энергию фотонов и переходят в зону проводимости.
Мост Уитстона уравновешен, если соотношение сопротивлений на каждой ноге одинаково. Итак, из приведенной выше диаграммы соотношение, полученное из баланса Уитстона, приведено ниже.
R ₁ ÷ R ₂ = R ₃ ÷ R ₄
На приведенной выше схеме один LDR и потенциометр находятся на первом плече. Во второй ветви есть два известных сопротивления по 10 кОм каждое. Для схемы мы искусственно прольем свет на LDR. Это приводит к увеличению внутренней проводимости и, в свою очередь, к уменьшению сопротивления.
По мере уменьшения сопротивления LDR напряжение точки между потенциометром и LDR. Подключаем операционный усилитель между двумя точками. Он работает таким образом, что если напряжение в верхней точке выше, чем в нижней точке, то ОУ будет давать высокий выходной сигнал, а если напряжение в верхней точке имеет более низкий потенциал, чем в нижней точке, тогда операционный усилитель будет давать низкий выходной сигнал.
Выход этого операционного усилителя подключен к светодиоду для индикации работы. Он подключен таким образом, что светодиод будет светиться, когда операционный усилитель дает высокий выходной сигнал, и останется выключенным, когда выходной сигнал низкий.
Похожие сообщения:
Автоматическая система управления уличным освещением с использованием LDR и транзистора BC 547
Цепь автоматического светодиодного аварийного освещения с использованием LDR
Схема электронного глаза — использование LDR и IC 4049 для контроля безопасности
Применение моста Уитстона в тензодатчиках
Тензодатчик представляет собой датчик, который преобразует нагрузку или силу, воздействующую на него, в электрический сигнал, обычно используемый в весовых машинах. Этот электрический сигнал может быть изменением напряжения или изменением тока в зависимости от типа тензодатчика. Тензодатчик состоит из упругого элемента, к которому прикреплено множество тензодатчиков.
При приложении нагрузки упругий элемент отклоняется и создает напряжение в местах приложения нагрузки. Существует много типов тензодатчиков, но наиболее часто используются два из них — резистивные тензодатчики и емкостные тензодатчики.
При резистивных нагрузках всякий раз, когда к датчику прикладывается какая-либо сила или нагрузка, его сопротивление изменяется и, следовательно, изменяется выходное напряжение. Он работает по принципу пьезосопротивления. В емкостных нагрузках при приложении нагрузки он сохраняет определенное количество заряда в соответствии с его емкостью и приложенным напряжением.
Принципиальная схема
Работа
Во время некоторых измерений сила или вес на тензодатчике вызывает упругую деформацию металлической пружины, присутствующей в тензодатчике. Затем деформация преобразуется в электрический сигнал с помощью тензодатчика на металлической пружине.
Мостовая схема из пшеничных камней используется для преобразования напряжения в электрический сигнал. Четыре тензорезистора настроены вместе с четырьмя резисторами R ₁ , R ₂, R ₃ и R ₄, как показано на принципиальной схеме. Когда нет нагрузки или силы, мост из пшеничного камня остается в сбалансированном состоянии, потому что выходное напряжение близко к нулю из-за одинакового значения сопротивления во всех тензодатчиках.
При приложении некоторой нагрузки или силы результирующая деформация от всех тензорезисторов изменяет сопротивление одного или нескольких резисторов, что еще больше делает мост из пшеничного камня неуравновешенным. Изменение сопротивления вызывает изменение выходного напряжения. Выходное напряжение, измеренное в цифровом виде, невелико и далее преобразуется в вес с помощью некоторых вычислений.
Похожие сообщения:
Теорема Тевенина. Пошаговая процедура с решенным примером
Теорема Нортона. Пошаговая процедура с примером
Анализ схемы СУПЕРУЗЛА | Шаг за шагом с решенным примером
Анализ цепи SUPERMESH | Шаг за шагом с решенным примером
Теорема о максимальной передаче мощности для цепей переменного и постоянного тока
Закон Кирхгофа о токе и напряжении (KCL и KVL) | Решенный пример
Калькулятор правила Крамера – система уравнений 2 и 3 для электрических цепей
Соединения трансформаторов с открытым треугольником
Преобразование звезды в дельту и дельты в звезду. Преобразование Y-Δ
Что такое закон Джоуля и тепловой эффект тока
Что такое регулировка напряжения трансформатора?
Общие сведения о цепи тензометрического моста Уитстона
Тензорезистор в основном работает по принципу простого металлического проводника, который имеет тенденцию влиять на его длину, площадь поперечного сечения и сопротивление из-за приложенного напряжения. Это связано с тем, что длина провода прямо пропорциональна сопротивлению провода и обратно пропорциональна площади его поперечного сечения, согласно следующему уравнению.
R= ρ \frac{L}{A}
Здесь R=сопротивление провода,
ρ=удельное сопротивление
L=длина провода
и A= площадь поперечного сечения провода
Величину деформации, вызванной напряжением, определяют путем измерения изменения сопротивления датчика в результате изменения размеров объекта из-за приложенной силы. Это изменение сопротивления меньше по сравнению с сопротивлением тензорезистора и, следовательно, его необходимо точно измерить для определения деформации. Для измерения этого небольшого изменения сопротивления используется схема моста Уитстона. Это позволяет относительные изменения тензорезистора порядка 10 ^-4 до 10 ^-2 Ом/Ом должны быть измерены с высокой точностью.
Типичная схема моста Уитстона состоит из простой сети из четырех резисторов одинакового сопротивления, соединенных встык в виде квадрата, как показано на рисунке ниже. На одну пару диагональных углов схемы подается напряжение возбуждения, а на другую пару измеряется выходной сигнал моста. Выход моста, т.е. значение V ₀ зависит от соотношения сопротивлений резисторов, т.е. R ₁ :R ₄ и R ₂ :R ₃ .
Когда мост уравновешен и на тензорезистор не воздействует деформация, соотношение между четырьмя сопротивлениями может быть выражено как:
\ гидроразрыва {R1} {R4} = \ гидроразрыва {R2} {R3}
Теперь, поскольку V ₀ = V ₊ – V _– , это подразумевает V ₀ = 0
Формы цепей моста Уитстона
, только некоторые из плеч моста содержат активные тензометрические датчики, остальные состоят из резисторов завершения моста. Это включает в себя мостовые схемы, такие как четвертьмост, полумост или диагональный мост. Для приложений с очень строгими требованиями к точности предпочтительна полная мостовая схема.
Четверть моста Уитстона
В случае увеличения сопротивления одного из резисторов в мосте из-за приложенной силы, мост больше не остается сбалансированным. Эта конфигурация известна как четвертьмостовой тензорезистор.
Здесь \frac{R1}{(R4+ΔR)}≠ \frac{R2}{R3} и V0≠0
Теперь, используя формулу делителя напряжения, мы получаем
VC= \frac{R1} {(R1+R2)}VEX
VD=\frac{(R4+ΔR)}{(R4+ΔR)+R3})VEX
Также падение напряжения В ₀ можно выразить следующим образом:
V0= \frac{(R+ΔR)}{(R+(R+ΔR))}VEX — \frac{R}{(R+R)}VEX [Поскольку R1=R2 =R3=R4=R]
При дальнейшем упрощении получаем
V0=\frac{(Vex ΔR)}{(4R+2ΔR)}
Теперь, поскольку R >> ΔR и 4R >> 2ΔR, получаем следующее окончательное уравнение:
V0=\frac{Vex}{4} \times \frac{ΔR}{R}
деформация и механическая деформация. Следовательно, приведенное выше уравнение можно переписать как:
V0=\frac{Vex}{4} \times k \times ϵ
Где k = тензометрический коэффициент
и ϵ= механическая деформация
В четвертьмостовой схеме, поскольку расстояние между тензодатчиком и тремя другими сопротивлениями неизвестно , может быть значительное сопротивление провода, которое может повлиять на измерение. В этом случае сопротивление тензорезистора не будет единственным измеряемым сопротивлением, но сопротивление провода также будет вносить свой вклад в измерение выходного напряжения. Этот нежелательный эффект можно свести к минимуму путем добавления третьего провода, подсоединяемого непосредственно к верхнему проводу тензорезистора.
Половина моста Уитстона
Когда мы устанавливаем два активных тензодатчика на изгибающуюся балку, один спереди и один сзади, мы получаем полумостовое устройство. Это связано с тем, что половина из четырех резисторов в цепи теперь являются тензодатчиками. При таком расположении оба тензорезистора реагируют на индуцированную деформацию, что делает мост более чувствительным к приложенной силе. По сравнению с четвертьмостовой схемой, полумостовая схема дает удвоенное выходное напряжение для данной нагрузки, тем самым улучшая чувствительность схемы в два раза.
Давайте возьмем в качестве примера консольную балку, прикрепленную к лабораторному столу, и к концу балки приложен груз. Установка имеет тензодатчик, прикрепленный к верхней поверхности балки, а другой — к нижней поверхности (см. случай 1). Когда балка деформируется из-за приложенной силы, верхний тензорезистор растягивается, а нижний тензодатчик сжимается. Следовательно, выходное напряжение в этом случае может быть выражено как:
V0=\frac{Vex}{4} \times \frac{(ΔR3 — ΔR4)}{R}
V0=\frac{Vex}{4} \times k \times (ϵ3-ϵ4) (с ϵ3=-ϵ4=ϵ)
V0=\frac{Vex}{2} \times k \times ϵ
Если тензодатчики подключены диагонально друг к другу, как показано на рисунке выше (случай 2), выходное напряжение будет выражаться как:
V0=\frac{Vex}{4} \times \frac{(ΔR2 — ΔR4) }{R}
V0=\frac{Vex}{4} \times k \times (ϵ2+ϵ4) (с ϵ2=ϵ4=ϵ)
V0=\frac{Vex}{2} \times k \times ϵ
Полный мост Уитстона
Заменив все резисторы мостовой схемы Уитстона четырьмя активными тензорезисторами, мы получим полномостовую схему. Эта конфигурация обеспечивает большие выходные параметры тензометрических преобразователей, улучшает температурную компенсацию и обеспечивает еще большую чувствительность. Полномостовой тензорезисторный мост Уитстона дает линейный выходной сигнал по сравнению с другими конфигурациями, поскольку выходное напряжение прямо пропорционально приложенной силе без каких-либо других приближений, в отличие от четверть- и полумостовых конфигураций.
В этой схеме два диагонально закрепленных тензорезистора, установленных в нижней части консольной балки, сжимаются, а два других в процессе этого растягиваются. Это вызывает как положительные, так и отрицательные изменения сопротивлений в цепи. При приложении силы сопротивления всех тензорезисторов изменяются на величину ΔR, что дает следующее уравнение:
V0=\frac{VEX}{4} \times (\frac{ΔR1}{R1} — \frac{ΔR2 {R2} + \frac{ΔR3}{R3} — \frac{ΔR4}{R4})
V0= \frac{VEX}{4}\times \frac{k}{4}(ϵ1-ϵ2+ϵ3-ϵ4)
Как полумостовая, так и полномостовая конфигурации обеспечивают более высокую чувствительность и лучшую точность . Однако не всегда возможно приклеить дополнительные пары тензорезисторов к испытуемому образцу. Для этих конкретных случаев предпочтительна четвертьмостовая конфигурация. Поэтому в зависимости от размера, ограничений по монтажу и характера применения используется подходящее расположение.
Мостовые схемы (Примечание к приложению) | ЛабДжек
В этом примечании к приложению содержится подробный обзор использования устройств LabJack с мостовыми схемами. Если вы используете необработанный мостовой датчик/тензодатчик/тензодатчик, который является логометрическим (мВ/В), и просто ищете руководство по использованию продуктов, мы предлагаем использовать LabJack T7 и LJTick-VRef41 для наилучших измерений и простоты. использования.
Мост Уитстона представляет собой схему, используемую для измерения небольших различий в сопротивлении. Такие мостовые схемы являются общими для различных типов датчиков, таких как тензодатчики, датчики давления и тензодатчики. Эти датчики могут быть упакованы с преобразованием сигнала или в виде необработанных мостовых схем; это примечание к приложению относится к датчикам, не оснащенным устройством формирования сигнала.
https://blog.endaq.com/strain-gauges-how-they-work-applications-and-types
Примечание: быть усилен, чтобы получить полезные показания.
Датчики с общей мостовой схемой
Тензодатчик
Тензодатчик (или тензорезистор) представляет собой резистивный элемент, сопротивление которого изменяется при деформации. Изменение сопротивления невелико, поэтому для измерения обычно используется мостовая схема. Ищите оборудование для формирования сигнала, которое включает в себя завершение моста, или завершите мост самостоятельно, используя один из следующих методов:
Используйте 4 тензодатчика, чтобы построить полный мост. Обычно для этого требуется доступ к противоположным штаммам, чтобы эффект усиливался. Например, балка, на которой можно установить датчики с противоположных сторон.
Добавьте фиктивные резисторы, чтобы завершить мост (четвертьмост и полумост).
Добавьте неактивные тензорезисторы для завершения моста (четверть-мост и полумост). Это считается лучшим, потому что неактивные датчики должны иметь тот же температурный коэффициент, что и активные датчики, и, таким образом, температурные эффекты в мосту компенсируются.
Тензодатчик
Большинство тензодатчиков представляют собой необработанные мостовые схемы без преобразования сигнала. Если выход указан как что-то вроде 2 мВ/В, это необработанная мостовая схема. Если выходной сигнал имеет высокий уровень, например, 0–5 В, ±10 В или 4–20 мА, то в тензодатчике используется формирование сигнала, и это примечание к приложению не применяется.
Большинство тензодатчиков с необработанными мостовыми выходами выполнены в виде полной мостовой схемы, что упрощает настройку датчика по сравнению с четверть- или полумостовыми схемами. В этом случае вам нужно беспокоиться только о напряжении возбуждения и подключении выходного сигнала.
Этот датчик, предлагаемый Sparkfun, является хорошим вариантом для любителей/начальных пользователей, чтобы начать работу с тензодатчиками.
Датчик давления
Некоторые датчики давления являются необработанными мостовыми схемами и, как и тензодатчики, имеют выходной сигнал, например, 2 мВ/В. Дополнительные сведения см. в примечании к приложению датчиков давления.

Аппаратные решения мостовой схемы
Устройства серий LabJack U6 и T7 могут напрямую получать небольшие дифференциальные мостовые сигналы. Обратите внимание, что высокий коэффициент усиления, необходимый для измерений, снижает максимальные частоты дискретизации T7 и U6. Усиление x100 (диапазон ±0,1 В) является наиболее распространенной настройкой, используемой для измерения мостовой схемы с U6 и T7. См. Раздел 3 Технического описания U6 или Приложение A-1 Технического описания серии T. LJTick-InAmp можно использовать вместо встроенного усиления, чтобы избежать этих ограничений частоты дискретизации.
U3 и T4 требуют внешнего устройства формирования сигнала, такого как LJTick-InAmp, между необработанной мостовой схемой и LabJack.
LJTick-InAmp (LJTIA) — это дополнительный внешний инструментальный усилитель для каждого канала. LJTIA или аналогичный дифференциальный усилитель требуется для мостовых измерений с U3 и T4. LJTick-InAmp редко используется с U6 или T7, поскольку их встроенное усиление лучше с точки зрения шума, разрешения и точности. Причин добавить LJTIA в U6/T7:
При использовании внутреннего усилителя с коэффициентом усиления >1 скорость сбора данных существенно снижается при сканировании более 1 канала. Канальный усилитель, такой как LJTIA, является решением этой проблемы.
LJTIA можно использовать в дополнение к внутреннему усилителю для суммирования коэффициентов усиления и получения чрезвычайно высокого усиления. Шум также усиливается, поэтому не гарантируется, что этот метод приведет к превосходному соотношению сигнал/шум.

Основная процедура измерения мостовой схемы
В этом примере мы предположим, что типичный мост состоит из 4 элементов по 350 Ом, поэтому общее сопротивление моста составляет ~350 Ом. В нашем примере мост будет тензодатчиком с номинальным выходным сигналом 2 мВ/В. Мост имеет 4 провода. Ссылаясь на диаграмму Википедии, A=V _exc ₊ , C=V _exc _— , а D и B — это Signal+ и Signal-.
1. Выберите источник возбуждения. Подключите источник к V
_вместо ₊ и подключите GND к V _отл _— .
Выход моста прямо пропорционален напряжению возбуждения. Если мы возбудим наш тензодатчик 2 мВ/В напряжением 2,5 В, он будет давать выходной сигнал около 5 мВ при номинальной нагрузке. Если источник возбуждения имеет шум ±10 мВ, мы ожидаем, что он внесет в сигнал шум примерно ±20 мкВ.
Всегда рекомендуется использовать обратную связь для измерения фактического значения напряжения возбуждения в режиме реального времени. Аналоговые входы на U6/T7 лучше (точнее и стабильнее), чем все, кроме очень дорогих источников возбуждения, и будут работать для обратной связи от обычных источников. Сделать подключение от V _ex ₊ к терминалу AIN и считывайте его всякий раз, когда вы считываете сигнал моста.
Достойный источник возбуждения:
VS: Это блок питания LabJack на 5 В. Он не отличается особой стабильностью или низким уровнем шума, но пока вы используете обратную связь в реальном времени (см. абзац выше), он отлично работает для многих приложений.
Улучшенный источник возбуждения:
DACx: Аналоговые выходы достаточно стабильны и малошумны. Каждый выход ЦАП имеет импеданс источника, что приведет к небольшому падению напряжения по сравнению со значением, записанным в ЦАП (требуется обратная связь в реальном времени). В зависимости от приложения (например, управление несколькими мостовыми схемами от одного источника ЦАП) максимальный выходной ток может быть важным для рассмотрения. Эти технические характеристики см. в приложении к техническому описанию вашего устройства (серия U3 / U6 / T).
Установите для DACx значение 4,0 В в качестве значения по умолчанию при включении питания, затем выключите и снова включите U6/T7 и с помощью цифрового мультиметра убедитесь, что ЦАП подает питание до 4,0 В без нагрузки.
U3/U6 — Используйте «Настройки по умолчанию» в LJControlPanel, чтобы установить ЦАП и сохранить его по умолчанию.
T4/T7 — в Kipling используйте вкладку Dashboard, чтобы установить значение DAC, затем вкладку Power-Up Defaults, чтобы сохранить значение по умолчанию.
Примечание: Для обеспечения хороших шумовых характеристик необходимо, чтобы напряжение ЦАП было как минимум на несколько десятых вольта ниже шины питания (VS).
Наилучший источник возбуждения:
LJTick-VRef-41 или выход Vref от другого LJTick: LJTick-Vref обеспечивает очень стабильный опорный сигнал с низким уровнем шума, способный к существенному возбуждению по току. LJTick-InAmp и LJTick-Divider также обеспечивают отличные опорные напряжения 2,5 В, которые можно было бы использовать. Из-за точности и стабильности этих ссылок обратная связь в реальном времени не является обязательной.
Внешний источник возбуждения:
Преимущество использования внешнего источника возбуждения заключается в том, что он часто имеет напряжение 10 В, поэтому он может обеспечивать большее выходное напряжение на единицу изменения в мостовой схеме (большая чувствительность) по сравнению с другими источниками возбуждения. перечислено. Недостатки заключаются в том, что хорошие внешние источники стоят дорого, и трудно найти источник по любой цене, который будет давать более низкий уровень шума, чем выход ЦАП LabJack или LJTick-Vref. Сравнивая внешний источник 10 В с LJTick-Vref-41, если внешний источник имеет более чем в 2,4 раза больше шума (по сравнению с LabJack GND), вы ничего не выиграли, используя источник большего напряжения вместо LJTick-Vref-41. Если вы используете внешний источник питания, вам потребуется одно соединение от общего/отрицательного источника питания к GND на U6/T7, а затем подключите положительный к Vexc+ на каждом мосту и общий/отрицательный к Vexc- на каждом мосту.
Обратите внимание, что многие тензодатчики и тензодатчики указывают рекомендуемое напряжение возбуждения 10 вольт. Это может быть то место, где производитель откалибровал, но выходной сигнал будет масштабироваться линейно с любым напряжением возбуждения. Часто указывается максимальное напряжение возбуждения (обычно 15 вольт), но обычно минимальное напряжение не указывается, поскольку для этого нет причин. Использование обычных тензодатчиков с более низким напряжением возбуждения, таким как 2,5 или 4,1 В, вполне приемлемо, а с учетом низкого уровня шума эталонных источников возбуждение 2,5/4,1 обычно обеспечивает превосходные характеристики.
2. Подключите мостовую схему к соответствующему аналоговому входу.
U6/T7 (встроенное усиление): подключите Signal+ к AIN0 и Signal- к AIN1. Выполните дифференциальное измерение между AIN0 и AIN1, чтобы получить напряжение сигнала.

U3/T4 (LJTick-InAmp): Как упоминалось ранее, вы не можете измерять мостовые схемы непосредственно с помощью T4 или U3. Чтобы использовать LJTick-InAmp с этими устройствами, подключите Signal+ к INA+ и Signal- к INA-. Настройте смещение и усиление для вашего компонента. См. техническое описание LJTick-InAmp и соответствующие приложения; это охватывает настройку смещения и усиления, а также описывает DIP-переключатели. LJTick-InAmp можно подключить либо к AIN, либо к гибкому вводу/выводу (FIO/EIO). Однако гибкие входы ввода-вывода обеспечат более высокое эффективное разрешение для заданного диапазона, поэтому мы рекомендуем использовать гибкий ввод-вывод. См. приложение к техническому описанию вашего устройства (U3 / T4) для получения информации о характеристиках аналогового входа.
3а. Базовое тестирование
Установите известную нагрузку и убедитесь, что вы получаете ожидаемый результат от моста. В нашем примере выходной сигнал при номинальной нагрузке 100 % равен V _ex * 0,002, поэтому, если мы измеряем V _ex как 3,5 В при нагрузке 50 %, мы ожидаем сигнал 0,0035 В.
Диапазон: например, тензодатчик имеет максимальный выходной сигнал 5 мВ или 8,2 мВ при напряжении возбуждения 2,5 или 4,1 вольт. При использовании U6 или T7 мы можем использовать наименьший диапазон аналогового входа на U6/T7, который составляет ±0,01 В (усиление = x1000).
Индекс разрешения. Значение по умолчанию 0 соответствует 8 на U6/T7, 9 на U6-Pro/T7-Pro или 5 на T4. индекс разрешения 12 является самым высоким и лучшим параметром для устройств Pro, поэтому мы рекомендуем использовать индекс 12 на устройствах Pro. Настройка индекса разрешения U3 здесь бесполезна и должна быть оставлена по умолчанию.
T7: используйте вкладку «Аналоговые входы» в Kipling для просмотра показаний. Нажмите «+» в разделе «Параметры для AIN0», установите «Диапазон» на ± 0,01 В, установите «Индекс разрешения» по желанию и установите «Отрицательный канал» на AIN1. Используйте вкладку Power-Up Defaults, если вы хотите сохранить эти настройки, чтобы они применялись каждый раз при перезапуске устройства.
U6: используйте тестовую панель в LJControlPanel для просмотра показаний. Установите диапазон AIN0 и AIN1 на «BI 0,01V», установите флажок «Diff» для AIN0, чтобы сделать его дифференциальным (который будет AIN0-AIN1), и установите желаемый индекс разрешения. Мы рекомендуем использовать максимально доступное разрешение. Страница/кнопка «Настройки по умолчанию» в LJControlPanel могут использоваться для сохранения ваших настроек в качестве начальной конфигурации устройства.
T4: Сначала перейдите на вкладку «Регистровая матрица» в Kipling. Найдите, выберите и отредактируйте значение регистра AIN#_RESOLUTION_INDEX, чтобы изменить настройку разрешения канала по желанию. При использовании гибкого ввода-вывода AIN# должен соответствовать AIN4-7 для FIO4-7 и AIN8-11 для EIO0-3. Например, изменение регистра AIN6_RESOLUTION_INDEX установит разрешение для сигнала на FIO6. Затем найдите и выберите соответствующий регистр AIN#, чтобы начать считывание напряжения канала. Используйте вкладку Power-Up Defaults, если вы хотите сохранить эти настройки, чтобы они применялись каждый раз при перезапуске устройства.
Кроме того, вы можете прочитать напряжение канала, перейдя на вкладку Dashboard в Kipling. Убедитесь, что ваш канал настроен на «Аналоговый», а не на «Выход» или «Вход», если вы используете гибкий ввод-вывод, и тогда вы должны увидеть необработанные показания напряжения рядом с меткой канала.
U3: Используйте тестовую панель в LJControlPanel. Убедитесь, что на канале, к которому подключен LJTick-InAmp, выбрана кнопка «AIN», а не «DI» или «DO». Вы должны увидеть необработанные показания напряжения в столбце «Напряжение/состояние». Страница/кнопка «Настройки по умолчанию» в LJControlPanel могут использоваться для сохранения ваших настроек в качестве начальной конфигурации устройства.
3б. Устранение неполадок при измерении напряжения сигнала, если оно неправильное или слишком шумное.
Неправильное значение. Поместите известную нагрузку на тензодатчик и проверьте мостовые напряжения с помощью цифрового мультиметра. Измерьте от В _вместо ₊ до В _вместо _—, чтобы подтвердить напряжение возбуждения. Измерьте от Signal+ до Signal-, чтобы убедиться, что напряжение сигнала соответствует ожидаемому.
Правильное среднее значение, но слишком шумное: Уберите сигналы с AIN0 и AIN1 или LJTick-InAmp и вместо этого соедините оба входа с GND короткими проводами. Посмотрите на уровень шума и сравните его с ожидаемыми уровнями для вашего устройства, как описано в разделе о шуме нашего руководства по тестированию канала AIN . Если уровень шума показаний с подключенными фактическими мостовыми сигналами заметно выше, наиболее вероятной причиной является напряжение возбуждения. Вы можете уменьшить некоторые эффекты шума напряжения возбуждения, используя V 9 в реальном времени.0065 вместо показаний (обратная связь) в уравнении масштабирования.
4. Примените масштабирование к показаниям напряжения.
Пример тензодатчика со спецификацией 2 мВ/В обычно называют чувствительностью тензодатчика. Выходной сигнал в вольтах при 100% номинальной нагрузке будет Чувствительность * В _вместо, поэтому мы можем сказать:
Нагрузка = Номинальная нагрузка * В _сигнал / (Чувствительность* В _вместо)
Для целей этого уравнения , не забывайте, что сигнал V должен учитывать преобразование сигнала. Например, LJTick-InAmp применяет смещение и усиление ко входному сигналу (мостовая схема). Пусть входящий сигнал мостовой схемы известен как V _raw :
V _signal = (V _raw — V _offset ) / усиление.
Использование системной калибровки. Калибровка системы — лучший вариант, поскольку она включает все источники ошибок. Если вы можете поместить систему в два известных условия, вы можете получить 2 пары точек и построить линию, чтобы получить наклон и смещение. В нашем примере с тензодатчиком двумя вероятными известными условиями будут нагрузка 0 % и номинальная нагрузка 80–90 % (например, при использовании эталонного веса). Это даст вам наклон и смещение:
Load = Slope * V _signal + Offset
Это действительно в Vexc во время этой калибровки (V _exccal ), поэтому, чтобы сделать его действительным с показаниями V _excal в реальном времени, вы должны запишите это как:
Нагрузка = ((Наклон * V _сигнал ) + Смещение) * V _искл /V _искл
Обратите внимание, что оба этих уравнения основаны на двух показаниях в реальном времени: V _сигнал & В _отл . С большинством из вышеперечисленных источников возбуждения получение единичного показания V _сигнал, а затем V _вместо дадут отличные результаты. При использовании VS для V _вместо этот метод обычно дает достойные результаты. Для получения наилучших результатов напряжение возбуждения следует измерять как часть контура сбора данных. Например, образец V _{, сигнал} → V _вместо → V _{, сигнал} → V _вместо →… и так далее. Это гарантирует, что напряжение возбуждения, используемое для преобразования напряжения в нагрузку, будет точно соответствовать фактическому значению при проведении измерений. Он также равномерно распределяет показания возбуждения и сигнала по одному и тому же периоду времени, что полезно, если вы собираетесь усреднять показания.
5. Сбор и регистрация данных с помощью LJLogUD/LJLogM.
В Windows простой способ просмотра и регистрации данных — с помощью LJLogUD (устройства UD) или LJLogM (устройства серии T).
Настройка LJLogM (устройство серии T):
На момент написания LJLogM не допускал аналоговой конфигурации, поэтому перед использованием LJLogM необходимо использовать Kipling для обновления аналоговых конфигураций, таких как разрешение, усиление и отрицательный канал. Конфигурация аналогового входа описана в шаге 3a выше.
Убедитесь, что в поле «# Channels» указано количество аналоговых входов (AIN), которое необходимо измерить. Вам нужно только два канала; один для измерения сигнала и один для V _вместо измерения.
При заводских настройках LJLogM по умолчанию первые 2 строки имеют AIN0 и AIN1 в столбце «Имя». Обратите внимание, что эти записи «Имя» можно изменить на любой номер AIN.
Настройка T4: Измените строку с меткой 0 в LJLogM (верхняя строка), чтобы запись «Имя» была установлена на AIN, к которому подключен выход InAmp. Например, если ваша мостовая схема подключена к клеммам INA LJTick-InAmp на клеммной колодке FIO5/FIO4/GND/VS, выход мостовой схемы находится на FIO4, и вы должны установить запись «Имя» на AIN4. .
Настройка T7: Перед открытием LJLogM следует использовать Kipling для настройки дифференциальных показаний между AIN0 и AIN1, как описано в шаге 3a выше. В строке с меткой 0 в LJLogM (верхняя строка) убедитесь, что запись имени установлена на AIN0, чтобы начать получение дифференциального измерения между AIN0 и AIN1.
Затем настройте строку для измерения V _вместо . Например, если V _ex подключен к AIN3, измените строку с меткой 1 (вторая строка сверху), чтобы для записи «Имя» было установлено значение AIN3.
Перейдите к приведенному ниже разделу уравнения масштабирования.
Настройка LJLogUD (устройство UD):
Убедитесь, что в поле «# Channels» указано количество аналоговых входов (AIN), которые необходимо измерить. Вам нужно только два канала; один для измерения сигнала и один для измерения V _ex.
При настройках LJLogUD по умолчанию в первых двух строках для «+Ch» установлено значение 0 и 1, что указывает на то, что измеряются AIN0 и AIN1. «-Ch», установленный на 199, указывает, что измерения являются несимметричными.
Настройка U3: Измените строку с меткой 0 таким образом, чтобы «+Ch» был установлен на номер AIN, к которому подключен выход LJTick-InAmp, а «-Ch» = 199. Например, если ваша мостовая схема подключена к клеммам INA LJTick-InAmp на клеммной колодке FIO5/FIO4/GND/VS, выход мостовой схемы находится на FIO4, и вы должны установить «+Ch»=4, «-Ч»=199.
Настройка U6: Вы должны настроить дифференциальные показания в LJLogUD для измерения мостовых цепей с использованием встроенного усиления. В строке с пометкой 0 в LJLogUD (верхняя строка) установите «+Ch» = 0 и установите «-Ch» = 1. Это настроит дифференциальное измерение между AIN0 и AIN1. Установите «Диапазон» = LJ_rgBIPP01V («BIPolar Point 01 Volt» — это диапазон ±0,01 В).
Затем настройте строку для измерения V _вместо . Например, если V _ex подключен к AIN3, измените строку с меткой 1 (вторая строка сверху) так, чтобы «+Ch»=3 и «-Ch»=199, чтобы выполнить несимметричное измерение AIN3. .
Перейдите к приведенному ниже разделу уравнения масштабирования.
Формула масштабирования:
Формула масштабирования должна применяться к каналу, который вы используете для измерения. Если вы последуете предыдущим предложениям, вы измените уравнение масштабирования строки 0. Предположим, вы используете первый стиль уравнения из шага 4 выше, а номинальная нагрузка ячейки составляет 200 кг:
кг = 200 * V _сигнал / (0,002 * V _кроме )
Вы можете сослаться на любой канал(ы) в своем уравнении, используя соответствующую букву строки/переменную. Необработанное напряжение, измеренное в строке 0, всегда сохраняется в переменной a, необработанное напряжение в строке 1 всегда сохраняется в переменной b, строка 2 в переменной c и т. д. вплоть до строки 15, исходное напряжение которой хранится в переменной п. В нашем примере сигнал V измеряется в строке 0, а V _ex измеряется в строке 1, поэтому вы должны ввести приведенное выше уравнение как:
y=200*a/(0,002*b)
Если это уравнение масштабирования помещено в столбец «Уравнение масштабирования» для строки 0, столбец «Напряжение»/«Значение» по-прежнему будет отображать необработанное напряжение сигнала В , но в столбце «В масштабе» будут указаны измеренные килограммы. Дополнительную информацию об уравнениях масштабирования можно найти здесь.
Чтобы начать запись данных в файл, нажмите кнопку «Записать в файл».
Дополнительные параметры программного обеспечения см. в разделе «Параметры программного обеспечения» на домашней странице поддержки вашего устройства:
Домашняя страница службы поддержки U3
Домашняя страница службы поддержки U6
Домашняя страница службы поддержки T4
Домашняя страница службы поддержки T7
Конструкция мостовой схемы — Inst Tools
от редакции
R2 и R3 (переменные), неизвестный переменный резистор RX (RTD), источник напряжения и чувствительный амперметр.
Рис. 1 Мостовая схема
Резисторы R1 и R2 являются передаточными плечами моста. Они соотносят два переменных сопротивления для тока, протекающего через амперметр. R3 — это переменный резистор, известный как стандартное плечо, которое регулируется в соответствии с неизвестным резистором. Чувствительный амперметр визуально отображает ток, протекающий через мостовую схему. Анализ схемы показывает, что когда R3 отрегулирован так, чтобы амперметр показывал нулевой ток, сопротивление обоих плеч мостовой схемы одинаково. Приведенное ниже уравнение 1 показывает отношение сопротивления между двумя плечами моста.
Поскольку значения R1, R2 и R3 известны, единственным неизвестным является Rx. Значение Rx можно рассчитать для моста в условиях нулевого тока амперметра. Зная это значение сопротивления, можно определить базовую точку для калибровки прибора, подключенного к мостовой схеме. Неизвестное сопротивление Rx определяется приведенным ниже уравнением 2.
Работа мостовой схемы
Мост работает, помещая Rx в цепь, как показано на рисунке 1, а затем регулируя R3 так, чтобы весь ток протекал через плечи по мостовой схеме. Когда это условие существует, ток через амперметр не течет, и говорят, что мост уравновешен. Когда мост уравновешен, токи через каждое из плеч точно пропорциональны. Они равны, если R1 = R2. В большинстве случаев мост строится так, что R1 = R2. Когда это так, и мост уравновешен, тогда сопротивление Rx такое же, как R3, или Rx = R3.
При наличии баланса R3 будет равно неизвестному сопротивлению, даже если источник напряжения нестабилен или точно не известен. Типичный мост Уитстона имеет несколько циферблатов, используемых для изменения сопротивления. После того, как мост сбалансирован, по циферблатам можно найти значение R3. Мостовые схемы могут использоваться для измерения сопротивления с точностью до десятых и даже сотых долей процента. При использовании для измерения температуры некоторые мосты Уитстона с прецизионными резисторами имеют точность около +0,1°F.
Два типа мостовых схем (несимметричная и симметричная) используются в цепях определения температуры термометром сопротивления. В несимметричной мостовой схеме (рис. 2) используется милливольтметр, калиброванный в единицах измерения температуры, соответствующих сопротивлению термометра сопротивления.
Рис. 2 Несимметричная мостовая схема
Аккумулятор подключается к двум противоположным точкам мостовой схемы. К двум оставшимся точкам подключается милливольтметр. Реостат регулирует мостовой ток. Регулируемый ток делится между ветвью с постоянным резистором и регулировочным резистором R1 и ветвью с ТС и регулировочным резистором R2. При изменении электрического сопротивления RTD изменяется напряжение в точках X и Y. Милливольтметр определяет изменение напряжения, вызванное неравным делением тока в двух ветвях. Измеритель может быть откалиброван в единицах измерения температуры, поскольку единственное изменяющееся значение сопротивления — это значение сопротивления RTD.
Сбалансированная мостовая схема (рис. 3) использует гальванометр для сравнения сопротивления RTD с сопротивлением постоянного резистора. В гальванометре используется стрелка, которая отклоняется в обе стороны от нуля, когда сопротивление плеч не равно. Сопротивление ползунка регулируется до тех пор, пока гальванометр не покажет ноль. Затем значение сопротивления скольжению используется для определения температуры контролируемой системы.
Рис. 3 Сбалансированная мостовая схема
Проволочный резистор используется для балансировки плеч моста. Цепь будет уравновешена, если значение сопротивления ползунка таково, что ток через гальванометр не течет. Для каждого изменения температуры существует новое значение; следовательно, ползунок необходимо переместить в новое положение, чтобы сбалансировать схему.
Температурная компенсация
Из-за изменений температуры окружающей среды необходимо компенсировать схему термометра сопротивления. Резисторы, используемые в измерительной схеме, выбираются таким образом, чтобы их сопротивление оставалось постоянным в ожидаемом диапазоне температур. Температурная компенсация также достигается за счет конструкции электронной схемы для компенсации изменений окружающей среды в шкафу с оборудованием. Также возможно изменение сопротивления выводов детектора из-за изменения температуры окружающей среды. Чтобы компенсировать это изменение, используются трех- и четырехпроводные схемы RTD. Таким образом, в обеих ветвях мостовой схемы используется одинаковое количество подводящих проводов, и изменение сопротивления будет ощущаться на обеих ветвях, сводя на нет влияние изменения температуры.
Сводка
Работа цепи определения температуры кратко описана ниже.
Базовая мостовая схема состоит из:
Два известных резистора (R1 и R2), которые используются для соотношения регулируемого и известного сопротивлений
Один известный переменный резистор (R3), который используется для согласования с неизвестным переменным резистором
Один неизвестный резистор (Rx), используемый для измерения температуры
Чувствительный амперметр, показывающий ток, протекающий через мостовую схему
Мостовая схема считается сбалансированной, когда чувствительный амперметр показывает нулевой ток.
Базовый прибор для измерения температуры состоит из:
Резистивного датчика температуры для измерения температуры
Мостовой сети для преобразования сопротивления в напряжение
Преобразователя постоянного напряжения в переменное для подачи усиливаемого сигнала переменного тока на усилитель
Датчик переменного тока усилитель сигнала для усиления сигнала переменного тока до приемлемого уровня
Обрыв цепи в приборе для измерения температуры определяется очень высокой температурой.

Энергетическое образование

5. Термометры сопротивления

14-6. Измерительная мостовая схема для определения степени согласованности антенны с линией передачи

Определение входного сопротивления антенны

Определение коэффициента укорочения высокочастотной линии передачи

Формирование мостовых схем, тензостанции ZETLAB

Мостовые схемы, кольцевая схема | Трансформаторное оборудование для преобразовательных установок

Содержание материала

Мостовые схемы

Кольцевая схема

Еще по теме:

Трансформаторы

Мостовая схема выпрямления

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

Однофазная мостовая схема выпрямления. Схема и принцип действия

Силовая электроника — Выпрямители

Мостовая схема выпрямления

Структурная схема и графики напряжений выпрямителя

Мостовой выпрямитель

Классификация схем выпрямления переменного тока и их параметры

Трехфазная мостовая схема выпрямления при работе на активную нагрузку

Содержание материала

Последние публикации

Близкие публикации:

Что такое мостовая схема? (с изображением)

Вам также может понравиться

Рекомендуется

Схема моста Уитстона | Теория, пример и приложения

Введение

Что такое мост Уитстона?

Альтернативный способ расчета резисторов

Найти неизвестное сопротивление с помощью сбалансированного моста Уитстона

Несбалансированный мост Уитстона

Мост Уитстона для измерения температуры

Мост Уитстона для измерения деформации

Применение

Заключение

Мост Уитстона — схема, работа, пример и применение

Общие сведения о цепи тензометрического моста Уитстона

Мостовые схемы (Примечание к приложению) | ЛабДжек

Датчики с общей мостовой схемой

Тензодатчик

Тензодатчик

Датчик давления

Аппаратные решения мостовой схемы

Основная процедура измерения мостовой схемы

1. Выберите источник возбуждения. Подключите источник к V

2. Подключите мостовую схему к соответствующему аналоговому входу.

3а. Базовое тестирование

3б. Устранение неполадок при измерении напряжения сигнала, если оно неправильное или слишком шумное.

4. Примените масштабирование к показаниям напряжения.

5. Сбор и регистрация данных с помощью LJLogUD/LJLogM.

Настройка LJLogM (устройство серии T):

Настройка LJLogUD (устройство UD):

Формула масштабирования:

Конструкция мостовой схемы — Inst Tools

Работа мостовой схемы

Температурная компенсация

Сводка

Похожие записи

Микросхема 358: datasheet на русском, применение, аналоги, назначение выводов

Радиозвонок схема: ДВЕРНОЙ РАДИОЗВОНОК

Электросхема ваз 2105 инжектор: Схема ВАЗ-2105 | 2 Схемы

Добавить комментарий Отменить ответ